उच्च शक्ति स्विचिंग बिजली की आपूर्ति का थर्मल डिजाइन सिद्धांत

1. इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों को थर्मल समाधान की आवश्यकता क्यों होती है

अधिक से अधिक कार्यात्मक आवश्यकताओं और छोटी और छोटी मात्रा की आवश्यकताओं के साथ इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के चिप्स अत्यधिक एकीकृत हैं। आज के घटक तेजी से लघुकरण, उच्च कार्यक्षमता और उच्च दक्षता की ओर विकसित हो रहे हैं। उच्च-प्रदर्शन घटक उच्च गति पर बहुत अधिक गर्मी उत्पन्न करेंगे, और यह सुनिश्चित करने के लिए कि घटक सामान्य ऑपरेटिंग तापमान पर काम कर सकते हैं, इस गर्मी को तुरंत हटा दिया जाना चाहिए। उच्चतम दक्षता पर कार्य करें। इसलिए, इलेक्ट्रॉनिक उद्योग के विकास के साथ गर्मी चालन की संबंधित तकनीक को लगातार चुनौती दी जाती है।

2. हीट सिंक सामग्री के प्रकार:

सोना, चांदी, लोहा, तांबा, एल्यूमीनियम, एल्यूमीनियम मिश्र धातु, सिलिकॉन शीट, आदि।

3. ऊष्मा अपव्यय का सिद्धांत

ए रेडिएटर के गर्मी लंपटता रूप में मुख्य रूप से विकिरण और संवहन शामिल हैं।

विकिरण ऊष्मा अंतरण: ऊष्मा ऊर्जा विकिरण के रूप में प्रेषित होती है, बिना किसी माध्यम के, इसे निर्वात अवस्था में प्रेषित किया जा सकता है, जैसे कि सूर्य की ऊष्मा ऊर्जा ब्रह्मांड के माध्यम से पृथ्वी पर प्रेषित होती है।

संवहनी गर्मी हस्तांतरण: गर्मी ऊर्जा हवा या अन्य मीडिया के माध्यम से प्रसारित होती है, जैसे हवा को गर्म करने के लिए संवहन रेडिएटर। हवा कमरे में सब कुछ गर्म करती है, और हवा की गति मुख्य रूप से गर्मी ऊर्जा को फैलाने के लिए हवा की गति पर निर्भर करती है।

पारंपरिक अर्थों में रेडिएशन रेडिएटर रेडिएटर्स को संदर्भित करते हैं जो कुल गर्मी अपव्यय के सापेक्ष हिस्से के लिए जिम्मेदार होते हैं। वर्तमान में, सबसे विशिष्ट दीप्तिमान रेडिएटर कच्चा लोहा, स्टील कॉलम रेडिएटर और कॉपर-एल्यूमीनियम समग्र रेडिएटर हैं। और इसी तरह, उनमें से, विकिरण द्वारा प्रेषित ऊष्मा ऊर्जा केवल 30 प्रतिशत है, और अन्य 70 प्रतिशत ऊष्मा ऊर्जा संवहन द्वारा प्रेषित होती है। संवहन रेडिएटर एक रेडिएटर है जिसमें मूल रूप से कोई विकिरण ताप विनिमय (या बहुत छोटा) नहीं होता है, जैसे कि फ्राइड कॉपर ट्यूब संवहन रेडिएटर। यह रेडिएंट रेडिएटर की तुलना में अधिक आराम से और तेजी से गर्म होता है।

बी गर्मी अपव्यय के तरीकों में विकिरण गर्मी अपव्यय, चालन गर्मी अपव्यय, संवहन गर्मी अपव्यय, और वाष्पीकरण गर्मी अपव्यय शामिल है।

शरीर के विभिन्न ऊतकों और अंगों द्वारा उत्पन्न गर्मी समान रूप से रक्त परिसंचरण के साथ शरीर के सभी भागों में वितरित की जाती है। जब रक्त त्वचा की रक्त वाहिकाओं के माध्यम से प्रवाहित होता है, तो कुल गर्मी का 90 प्रतिशत त्वचा द्वारा नष्ट कर दिया जाता है, इसलिए त्वचा गर्मी को दूर करने के लिए शरीर का मुख्य भाग है। गर्मी का एक छोटा सा हिस्सा भी होता है, जो श्वसन, मूत्र और मल के साथ फेफड़े, गुर्दे और पाचन तंत्र के माध्यम से शरीर से बाहर निकल जाता है।

(1) गर्मी अपव्यय का तरीका - मुख्य रूप से भौतिक तरीका

1. विकिरण विकिरण का अर्थ है कि शरीर अवरक्त किरणें उत्सर्जित करके ऊष्मा का क्षय करता है। जब त्वचा का तापमान परिवेश के तापमान से अधिक होता है, तो शरीर की गर्मी विकिरण द्वारा समाप्त हो जाती है। विकिरण गर्मी लंपटता त्वचा के तापमान, परिवेश के तापमान और शरीर के प्रभावी विकिरण क्षेत्र जैसे कारकों से संबंधित है। सामान्य तौर पर, विकिरण गर्मी अपव्यय कुल गर्मी अपव्यय का 40 प्रतिशत होता है। बेशक, अगर परिवेश का तापमान त्वचा के तापमान से अधिक है, तो शरीर उज्ज्वल गर्मी को अवशोषित करेगा। स्टील कर्मचारी भट्टियों के सामने काम करते हैं, जैसे कि तेज गर्मी में धूप में खेतों में काम करने वाले किसान करते हैं।

2. चालन और संवहन चालन वह तरीका है जिससे शरीर आणविक गतिज ऊर्जा को स्थानांतरित करके गर्मी का प्रसार करता है। जब मानव शरीर उन वस्तुओं के सीधे संपर्क में होता है जो त्वचा से अधिक ठंडी होती हैं (जैसे कपड़े, बिस्तर, कुर्सियाँ, आदि), तो शरीर से गर्मी इन वस्तुओं में स्थानांतरित हो जाती है। नैदानिक ​​रूप से, आइस कैप, आइस पैक और अन्य तरीकों का उपयोग तेज बुखार वाले रोगियों को ठंडा करने के लिए इस सिद्धांत का उपयोग करता है।

सी, रेडिएटर और पर्यावरण के बीच हीट एक्सचेंज

गर्मी को रेडिएटर के शीर्ष पर स्थानांतरित करने के बाद, जितनी जल्दी हो सके संचारित गर्मी को आसपास के वातावरण में फैलाना आवश्यक है। एयर-कूल्ड रेडिएटर के लिए, आसपास की हवा के साथ गर्मी का आदान-प्रदान करना है। इस समय, गर्मी को दो अलग-अलग मीडिया के बीच स्थानांतरित किया जाता है, और इसका पालन किया जाने वाला सूत्र Q= XAX ΔT है, जहां ΔT दो मीडिया के बीच तापमान का अंतर है, यानी रेडिएटर और आसपास की हवा के बीच तापमान का अंतर ; और द्रव का तापमान अंतर है। थर्मल चालकता, गर्मी सिंक सामग्री और वायु संरचना निर्धारित होने के बाद, यह एक निश्चित मूल्य है; सबसे महत्वपूर्ण ए हीट सिंक और हवा के बीच संपर्क क्षेत्र है। इस आधार पर कि अन्य स्थितियाँ अपरिवर्तित रहती हैं, जैसे कि हीट सिंक का आयतन, आम तौर पर होगा, हालाँकि, रेडिएटर के आकार को बदलकर, हवा के साथ संपर्क क्षेत्र को बढ़ाकर और हीट एक्सचेंज क्षेत्र को बढ़ाकर, यह एक प्रभावी है गर्मी लंपटता दक्षता में सुधार करने का मतलब है। , इसे प्राप्त करने के लिए, सतह क्षेत्र को आम तौर पर सतह खुरदरापन या धागों द्वारा पूरक फिन डिजाइन के माध्यम से बढ़ाया जाता है।

गर्मी को हवा में स्थानांतरित करने के बाद, गर्मी सिंक के संपर्क में हवा का तापमान तेजी से बढ़ेगा। इस समय, गर्म हवा को संवहन जैसे ताप विनिमय के माध्यम से आसपास की ठंडी हवा से जितना संभव हो उतना दूर ले जाना चाहिए। एयर-कूल्ड रेडिएटर्स के लिए, सबसे महत्वपूर्ण साधन वायु प्रवाह की गति को बढ़ाना और मजबूर संवहन प्राप्त करने के लिए पंखे का उपयोग करना है। यह मुख्य रूप से पंखे के डिजाइन और हवा की गति से संबंधित है। रेडिएटर पंखे की दक्षता (जैसे प्रवाह, हवा का दबाव) मुख्य रूप से पंखे के ब्लेड के व्यास, अक्षीय लंबाई, पंखे की गति और पंखे के ब्लेड के आकार पर निर्भर करती है। पंखे का प्रवाह ज्यादातर CFM (इंपीरियल सिस्टम, क्यूबिक फीट/मिनट) में होता है, और एक CFM लगभग 0.028mm3/मिनट प्रवाह होता है।

शुद्ध एल्यूमीनियम रेडिएटर

शुरुआती दिनों में शुद्ध एल्यूमीनियम रेडिएटर सबसे आम रेडिएटर है। इसकी निर्माण प्रक्रिया सरल है और लागत कम है। अब तक, शुद्ध एल्यूमीनियम रेडिएटर अभी भी बाजार के काफी हिस्से पर कब्जा कर लेता है। अपने पंखों के गर्मी अपव्यय क्षेत्र को बढ़ाने के लिए, शुद्ध एल्यूमीनियम रेडियेटर के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली प्रसंस्करण विधि एल्यूमीनियम एक्सट्रूज़न तकनीक है, और शुद्ध एल्यूमीनियम रेडिएटर का मूल्यांकन करने के लिए मुख्य संकेतक रेडिएटर बेस की मोटाई और पिन-फिन अनुपात हैं। . पिन हीट सिंक के पंखों की ऊंचाई को संदर्भित करता है, और फिन दो आसन्न पंखों के बीच की दूरी को संदर्भित करता है। पिन-फिन अनुपात, पिन की ऊंचाई (आधार की मोटाई को छोड़कर) को फिन द्वारा विभाजित किया जाता है। पिन-फिन अनुपात जितना बड़ा होगा, रेडिएटर का प्रभावी ताप अपव्यय क्षेत्र उतना ही बड़ा होगा, और एल्युमिनियम एक्सट्रूज़न तकनीक उतनी ही अधिक उन्नत होगी।

शुद्ध कॉपर रेडिएटर

तांबे की ऊष्मीय चालकता एल्यूमीनियम की तुलना में 1.69 गुना है, इसलिए अन्य स्थितियों के समान होने के आधार पर, शुद्ध तांबे के ताप सिंक गर्मी स्रोत से गर्मी को तेजी से दूर कर सकते हैं। हालाँकि, तांबे की बनावट एक समस्या है। कई विज्ञापित "शुद्ध कॉपर हीट सिंक" वास्तव में 100 प्रतिशत कॉपर नहीं हैं। तांबे की सूची में, 99 प्रतिशत से अधिक तांबे की सामग्री वाले लोगों को एसिड-मुक्त तांबा कहा जाता है, और तांबे की अगली श्रेणी 85 प्रतिशत से कम तांबे की सामग्री के साथ डैन तांबा है। वर्तमान में बाजार में मौजूद अधिकांश शुद्ध कॉपर हीट सिंक में दोनों के बीच कॉपर की मात्रा होती है। कुछ हीन शुद्ध कॉपर रेडिएटर्स में कॉपर की मात्रा 85 प्रतिशत भी नहीं होती है। हालांकि लागत बहुत कम है, इसकी तापीय चालकता बहुत कम हो जाती है, जो गर्मी लंपटता को प्रभावित करती है। इसके अलावा, तांबे में भी स्पष्ट कमियां हैं, जैसे कि उच्च लागत, कठिन प्रसंस्करण, और गर्मी सिंक का बहुत अधिक द्रव्यमान, जो सभी तांबे के ताप सिंक के आवेदन में बाधा डालता है। लाल तांबे की कठोरता एल्यूमीनियम मिश्र धातु AL6063 जितनी अच्छी नहीं है, और कुछ यांत्रिक प्रसंस्करण (जैसे ग्रूविंग) का प्रदर्शन एल्यूमीनियम जितना अच्छा नहीं है; तांबे का पिघलने बिंदु एल्यूमीनियम की तुलना में काफी अधिक है, जो एक्सट्रूज़न बनाने (एक्सट्रूज़न) और इतने पर अनुकूल नहीं है।

हालांकि सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली गर्मी सिंक सामग्री तांबे और एल्यूमीनियम मिश्र धातु हैं, एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं को संसाधित करना आसान है और लागत में कम है, और सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली सामग्री हैं। तांबे की उच्च तापीय चालकता इसकी तात्कालिक ताप अवशोषण क्षमता को एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं की तुलना में बेहतर बनाती है। गति एल्यूमीनियम मिश्र धातु की तुलना में धीमी है। इसलिए, कोई फर्क नहीं पड़ता कि शुद्ध तांबा, शुद्ध एल्यूमीनियम, या एल्यूमीनियम मिश्र धातु रेडिएटर, एक घातक दोष है: क्योंकि केवल एक सामग्री का उपयोग किया जाता है, हालांकि बुनियादी गर्मी लंपटता क्षमता हल्के गर्मी लंपटता की जरूरतों को पूरा कर सकती है, यह गर्मी चालन को अच्छी तरह से संतुलित नहीं कर सकती है। . उच्च ताप अपव्यय आवश्यकताओं वाले अवसरों में क्षमता और ताप क्षमता की दो आवश्यकताएं कुछ हद तक अभिभूत होती हैं।

कॉपर-एल्युमिनियम बॉन्डिंग तकनीक

तांबे और एल्यूमीनियम की संबंधित कमियों पर विचार करने के बाद, बाजार में कुछ उच्च अंत वाले रेडिएटर अक्सर तांबे-एल्यूमीनियम संयोजन निर्माण प्रक्रियाओं का उपयोग करते हैं। ये हीट सिंक आमतौर पर कॉपर मेटल बेस का उपयोग करते हैं, जबकि हीट सिंक फिन्स एल्यूमीनियम मिश्र धातु से बने होते हैं। बेशक, तांबे के आधार के अलावा, हीट सिंक के लिए तांबे के खंभे के उपयोग जैसे तरीके भी हैं, जो कि एक ही सिद्धांत है। उच्च तापीय चालकता के साथ, तांबे की निचली सतह सीपीयू द्वारा जारी गर्मी को जल्दी से अवशोषित कर सकती है; एल्यूमीनियम पंखों को जटिल प्रक्रियाओं के माध्यम से गर्मी अपव्यय के लिए सबसे अनुकूल आकार में बनाया जा सकता है, और एक बड़ी गर्मी भंडारण स्थान प्रदान करता है और इसे जल्दी से छोड़ देता है। सभी पहलुओं में एक संतुलन पाया गया है।

गर्मी को सीपीयू कोर से हीट सिंक की सतह तक फैलाया जाता है, जो एक हीट कंडक्शन प्रोसेस है। हीट सिंक के आधार के लिए, चूंकि यह उच्च ताप स्रोत के एक छोटे से क्षेत्र के सीधे संपर्क में है, इसलिए यह आवश्यक है कि आधार जल्दी से गर्मी दूर कर सके। ऊष्मा सिंक के लिए उच्च तापीय चालकता वाली सामग्रियों का उपयोग तापीय चालकता में सुधार करने में बहुत सहायक होता है। यह गर्मी चालन प्रणाली की तुलना तालिका से देखा जा सकता है कि, उदाहरण के लिए, एल्यूमीनियम की तापीय चालकता 237W/mK है, और तांबे की तापीय चालकता 401W/mK है। समान मात्रा के रेडिएटर्स की तुलना में, तांबे का वजन एल्यूमीनियम से 3 गुना है, जबकि एल्यूमीनियम की विशिष्ट गर्मी 3 गुना है। यह तांबे का केवल 2.3 गुना है, इसलिए एक ही मात्रा के तहत, एक तांबे का रेडिएटर एल्यूमीनियम रेडिएटर की तुलना में अधिक गर्मी पकड़ सकता है और धीरे-धीरे गर्म हो सकता है। हीट सिंक बेस की समान मोटाई के साथ, कॉपर न केवल सीपीयू डाई जैसे ताप स्रोतों के तापमान को जल्दी से हटा सकता है, बल्कि इसका अपना तापमान भी एल्यूमीनियम हीट सिंक की तुलना में धीमा होता है। इसलिए, कॉपर हीट सिंक की निचली सतह बनाने के लिए अधिक उपयुक्त है।

हालाँकि, इन दो धातुओं का संयोजन अपेक्षाकृत कठिन है, और तांबे और एल्यूमीनियम के बीच संबंध खराब है। थर्मल रेज़िज़टेंस)। वास्तविक डिजाइन और निर्माण में, निर्माता हमेशा इंटरफ़ेस थर्मल प्रतिरोध को यथासंभव कम करने और कमजोरियों से बचने की कोशिश करते हैं, जो अक्सर निर्माता की डिजाइन क्षमताओं और निर्माण प्रक्रियाओं को दर्शाता है।

4. ऊष्मीय माध्यम - ऊष्मीय रूप से प्रवाहकीय सिलिका जेल।

एक। ऊष्मीय प्रतिरोध क्या है?

तथाकथित "थर्मल प्रतिरोध" (थर्मल प्रतिरोध) एक व्यापक पैरामीटर को संदर्भित करता है जो गर्मी हस्तांतरण को रोकने की क्षमता को दर्शाता है। तापीय प्रतिरोध की अवधारणा प्रतिरोध की अवधारणा से काफी मिलती-जुलती है, और इकाई भी समान है - डिग्री / डब्ल्यू, अर्थात, जब वस्तु की निरंतर गर्मी हस्तांतरण शक्ति 1W होती है, तो ऊष्मा चालन पथ के दो सिरों के बीच तापमान का अंतर .

बी। वायु का ऊष्मीय प्रतिरोध प्रकृति में सबसे बड़ा है, और इसका मान 0.03W/mK के करीब है;

सी। हवा को कम करने के लिए हीटिंग बॉडी और मेटल हीट सिंक के बीच की खाई को भरें, ताकि हीटिंग बॉडी और हीट सिंक सीधे संवहन गर्मी लंपटता दिखा सकें।

डी। ऊष्मीय रूप से प्रवाहकीय सिलिकॉन शीट भी अप्रत्यक्ष रूप से ऊष्मा को नष्ट कर सकती है, अर्थात यह बाहर उजागर होती है, इसलिए इसे हीट सिंक कहा जाता है।

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