Setiap komponen elektrik dan elektronik dalam litar menghasilkan sejumlah haba semasa litar dijalankan dengan menyediakan bekalan kuasa. Biasanya peranti semikonduktor berkuasa tinggi seperti transistor kuasa dan elektronik opto seperti diod pemancar cahaya , laser menghasilkan haba dalam jumlah yang cukup banyak dan komponen ini tidak mencukupi untuk menghilangkan haba, kerana keupayaan penyebarannya sangat rendah.
Oleh kerana itu, pemanasan komponen menyebabkan kegagalan pramatang dan boleh menyebabkan kegagalan keseluruhan litar atau prestasi sistem. Oleh itu, untuk mengatasi aspek negatif ini, pendingin mesti disediakan untuk tujuan penyejukan.
Apa itu Heat Sink?
Singki haba
Heat sink adalah komponen elektronik atau alat dari litar elektronik yang menyebarkan haba dari komponen lain (terutamanya dari transistor kuasa) litar ke medium sekitarnya dan menyejukkannya untuk meningkatkan prestasi, kebolehpercayaannya dan juga mengelakkan kegagalan komponen awal. Untuk tujuan penyejukan, ia menggabungkan kipas atau alat penyejuk.
Prinsip Heat Sink
Undang-undang konduksi haba Fourier menyatakan bahawa jika kecerunan suhu terdapat di dalam badan, maka haba akan berpindah dari kawasan suhu tinggi ke kawasan suhu yang memungkinkan. Dan, ini dapat dicapai dengan tiga cara yang berbeza, seperti konvensyen, radiasi dan pengaliran.
Prinsip Heat Sink
Apabila dua objek dengan suhu yang berbeza bersentuhan satu sama lain, konduksi berlaku menyebabkan molekul bergerak cepat objek panas tinggi bertembung dengan molekul bergerak perlahan objek yang lebih sejuk, dan dengan itu, memindahkan tenaga termal ke objek yang lebih sejuk , dan ini disebut sebagai kekonduksian terma.
Begitu juga, heat sink memindahkan haba atau tenaga terma dari komponen suhu tinggi ke medium suhu rendah seperti udara, air, minyak, dan lain-lain. Biasanya udara digunakan sebagai medium suhu rendah dan, jika air digunakan sebagai medium, maka ia diistilahkan sebagai plat sejuk.
Jenis-Jenis Heat Sink
Heat sink digolongkan ke dalam kategori yang berbeza berdasarkan kriteria yang berbeza. Mari kita pertimbangkan jenis utama, iaitu heat sink aktif dan heat sink pasif.
Jenis-Jenis Heat Sink
Sink Panas Aktif
Ini biasanya jenis kipas dan menggunakan kuasa untuk tujuan penyejukan. Mereka juga boleh disebut sebagai Heat sink atau kipas. Kipas selanjutnya dikelaskan sebagai jenis galas bebola dan jenis galas lengan. Kipas motor galas bebola lebih disukai kerana jangka masa kerjanya lebih panjang dan lebih murah apabila digunakan dalam jangka masa panjang. Prestasi sinki haba seperti ini sangat baik, tetapi tidak untuk aplikasi jangka panjang kerana terdiri daripada bahagian yang bergerak dan agak mahal juga.
Pendingin Pasif
Ini tidak mempunyai komponen mekanikal dan diperbuat daripada radiator bersirip aluminium. Ini menghilangkan tenaga haba atau haba dengan menggunakan proses perolakan. Ini paling boleh dipercayai daripada pendingin haba aktif dan, untuk pengoperasian pendingin haba pasif, disarankan untuk mengekalkan aliran udara berterusan ke seluruh siripnya.
Pendingin Aluminium
Heat sink biasanya diperbuat daripada logam dan, aluminium adalah logam yang paling biasa digunakan dalam sink haba. Kami menyedari hakikat bahawa kekonduksian haba setiap logam berbeza. Kekonduksian terma logam sebanding dengan pemindahan haba di heat sink . Oleh itu, jika kekonduksian termal logam meningkat, maka
kapasiti pemindahan haba sink haba juga akan meningkat.
Pendingin Aluminium
Kekonduksian terma aluminium ialah 235 W / mK ia adalah logam yang paling murah dan ringan. Heat sink aluminium juga disebut sebagai heat sink yang diekstrusi kerana boleh dibuat menggunakan penyemperitan.
Pancuran Panas Terangkai
Ini terbuat dari logam yang dicop untuk membentuk bentuk tertentu. Setem ini menghasilkan penyerap haba setiap kali logam dipindahkan melalui mesin setem. Ini lebih murah berbanding dengan sink haba yang tersemperit.
Ini digunakan untuk aplikasi berkekuatan rendah dan karenanya berprestasi rendah.
Mesin Pancuran Panas
Ini dihasilkan dengan proses pemesinan yang sering digunakan oleh gergaji untuk membuang sekatan bahan untuk membuat sirip dengan jarak yang tepat. Ini mahal kerana banyak logam mungkin berlaku sebagai pembaziran dalam proses pembuatan.
Sink Panas Berikat-Sirip
Ini sering digunakan untuk aplikasi besar secara fizikal yang memerlukan prestasi yang masuk akal seperti pengelasan elektrik dan Aplikasi bata DC-DC . Ini dibuat dengan mengikat sirip individu logam ke pangkal pendingin. Ini boleh dilakukan dalam dua kaedah iaitu epoksi termal yang menjimatkan dan yang lain adalah dengan cara memateri yang mahal.
Sink Panas Lipat-Sirip
Sink pendingin dilipat ini mempunyai luas permukaan yang besar, dan mempunyai bahan pendingin yang dilipat, dan oleh itu, ia mempunyai prestasi yang sangat tinggi dan ketumpatan fluks panas yang sangat tinggi. Di sink ini, udara diarahkan untuk mengalir terus ke sink haba melalui beberapa saluran. Ini menjadikan semuanya mahal kerana kos pembuatan dan saluran termasuk dalam kos keseluruhan sinki.
Pancuran Panas Skited
Proses skiving digunakan untuk pembuatan sinki ini, yang melibatkan pembuatan blok logam yang sangat halus pada umumnya tembaga. Oleh itu, ini dipanggil sebagai pendingin haba. Ini adalah sink haba berprestasi sederhana hingga tinggi.
Pendingin Palsu
Logam seperti tembaga dan aluminium digunakan untuk membentuk pendingin dengan menggunakan daya tekan. Proses ini disebut sebagai proses penempaan. Oleh itu, mereka dinamakan sebagai sink haba palsu.
Pendingin Pemasangan Sirip Tunggal
Ini ringan dan boleh dipasang di tempat yang ketat. Mereka juga memiliki kemampuan berkinerja rendah hingga tinggi, dan dapat digunakan untuk banyak aplikasi. Tetapi kelemahan utama adalah bahawa kawasan mereka agak mahal.
Pancuran Panas Swaged
Swaging adalah proses penempaan kerja yang sejuk tetapi kadang-kadang dapat dilakukan walaupun proses kerja panas di mana dimensi item diubah menjadi mati. Ini murah, berprestasi sederhana dan terhad dalam pengurusan aliran udara.
Kepentingan Pendingin dalam Litar Elektronik
- Heat sink adalah penukar haba pasif, dan ia dirancang untuk mempunyai luas permukaan yang bersentuhan dengan medium (penyejukan) di sekitarnya seperti udara. Komponen atau bahagian elektronik atau peranti yang tidak mencukupi untuk menyederhanakan suhu mereka, memerlukan pendingin untuk penyejukan. Haba yang dihasilkan oleh setiap elemen atau komponen litar elektronik mesti dibuang untuk meningkatkan kebolehpercayaannya dan mencegah kegagalan komponen pramatang.
- Ia mengekalkan kestabilan terma dalam had bagi setiap elektrik dan komponen elektronik bagi sebarang litar atau bahagian elektronik mana-mana sistem. Prestasi sink haba bergantung kepada faktor-faktor seperti pemilihan bahan, reka bentuk penonjolan, rawatan permukaan dan halaju udara.
- Unit pemprosesan pusat dan pemproses grafik komputer juga disejukkan dengan menggunakan heat sink. Heat sink juga disebut sebagai Heat spreader, yang sering digunakan sebagai penutup pada memori komputer untuk menghilangkan panasnya.
- Sekiranya sink haba tidak disediakan untuk litar elektronik, maka akan ada kemungkinan kegagalan komponen seperti transistor, pengatur voltan, IC, LED dan transistor kuasa. Walaupun semasa pematerian litar elektronik , disyorkan untuk menggunakan pendingin untuk mengelakkan pemanasan unsur-unsur secara berlebihan.
- Heat sink tidak hanya memberikan pelesapan haba, tetapi juga digunakan untuk pengurusan tenaga terma yang dilakukan dengan menghilangkan haba ketika panas lebih banyak. Sekiranya suhu rendah, pendingin bertujuan untuk memberikan haba dengan melepaskan tenaga terma untuk operasi litar yang betul.
Pemilihan Heat Sink
Untuk pemilihan Heat sink kita perlu mempertimbangkan pengiraan matematik berikut:
Pertimbangkan
Q: Kadar pelesapan haba dalam Watt
T_j: Suhu persimpangan maksimum peranti dalam 0C
T_c: Suhu kes peranti dalam 0C
T_a: Suhu udara persekitaran pada suhu 0C
T_s: Suhu maksimum sink haba terletak paling kemas ke peranti pada suhu 0C
Rintangan haba dapat diberikan oleh
R = ∆T / Q
Rintangan elektrik diberikan oleh
R_e = ∆V / I
Rintangan haba antara persimpangan dan kes peranti diberikan oleh
R_jc = (∆T_jc) / Q
Kes untuk ketahanan tenggelam diberikan oleh
R_cs = (∆T_cs) / Q
Tenggelam ke rintangan ambien diberikan oleh
R_sa = (∆T_sa) / Q
Oleh itu, persimpangan ke rintangan ambien diberikan oleh
R_ja = R_jc + R_cs + R_sa = (T_j-T_a) / Q
Kini, ketahanan haba yang diperlukan Heat Sink adalah
R_sa = (T_j-T_a) / Q-R_jc-R_cs
Dalam persamaan di atas, nilai T_j, Q dan R_jc ditetapkan oleh pengeluar dan nilai T_a dan R_cs ditentukan pengguna.
Oleh itu, rintangan haba pendingin untuk penggunaan mestilah kurang daripada atau sama dengan R_sa yang dikira di atas.
Semasa memilih Heat sink, pelbagai parameter harus dipertimbangkan seperti anggaran terma yang dibenarkan untuk sink haba, keadaan aliran udara (aliran semula jadi, aliran rendah bercampur, perolakan paksa aliran tinggi).
Isi padu Heat sink dapat ditentukan dengan membahagikan rintangan terma volumetrik dengan rintangan terma yang diperlukan. Julat rintangan terma volumetrik adalah seperti berikut dalam jadual yang ditunjukkan di bawah.
Grafik di bawah menunjukkan variasi ukuran pendingin haba aluminium dan rintangan terma sebagai contoh memilih pendingin berdasarkan rintangan haba.
Kawasan vs Rintangan Termal Pendingin
Artikel ini membincangkan mengenai heat sink, pelbagai jenis heat sink dan kepentingan heat sink dalam litar elektronik secara ringkas. Untuk lebihmaklumat mengenai pendingin, sila hantarkan pertanyaan anda melaluimengulas di bawah.
Kredit Foto:
- Heat sink oleh ecnmag
- Prinsip Heat Sink oleh streakom
- Jenis Heat Sink oleh penyejukan elektronik
- Heat Sink Aluminium oleh polimer khaschem4
- Kawasan vs Rintangan Termal Sink Panas oleh designworldonline
