Vad är en kylfläns och dess betydelse

Varje elektriska och elektroniska komponenter i en krets genererar en viss mängd värme medan kretsen utförs genom att tillhandahålla strömförsörjning. Vanligtvis högeffektiva halvledande enheter som krafttransistorer och optoelektronik som ljusdioder , genererar lasrar värme i avsevärda mängder och dessa komponenter är otillräckliga för att avleda värme, eftersom deras avledningsförmåga är signifikant låg.

På grund av detta leder uppvärmning av komponenterna till för tidigt fel och kan orsaka fel på hela kretsen eller systemets prestanda. Så för att erövra dessa negativa aspekter måste kylflänsar tillhandahållas för kylningsändamål.

Vad är en kylfläns?

Kylfläns

Kylfläns är en elektronisk komponent eller en enhet av en elektrisk krets som distribuerar värme från andra komponenter (huvudsakligen från effekttransistorerna) i en krets i det omgivande mediet och kyler dem för att förbättra deras prestanda, tillförlitlighet och undviker också för tidigt fel hos komponenterna. För kylningsändamålet innehåller den en fläkt eller kylanordning.

Princip för kylfläns

Fouriers lag om värmeledning säger att om temperaturgradient finns i en kropp kommer värmen att överföras från en högtemperaturregion till en tillåten temperaturregion, och detta kan uppnås på tre olika sätt, såsom konvention, strålning och ledning.

Princip för kylfläns

När två objekt med olika temperatur kommer i kontakt med varandra uppstår ledning som orsakar att de snabbt rörliga molekylerna i objektet med hög värme kolliderar med de långsammare molekylerna i de kallare objekten och därmed överför termisk energi till det kallare objektet. och detta kallas värmeledningsförmåga.

På samma sätt överför kylflänsen värmen eller termisk energi från en högtemperaturkomponent till ett lågtemperaturmedium som luft, vatten, olja etc. Vanligtvis används luft som lågtemperaturmedium och, om vatten används som medium, då kallas det kallplatta.

Kylflänstyper

Kylflänsarna klassificeras i olika kategorier baserat på olika kriterier. Låt oss överväga huvudtyperna, nämligen aktiva kylflänsar och passiva kylflänsar.

Kylflänstyper

Aktiva kylflänsar

Dessa är vanligtvis fläktstyp och använder ström för kylningsändamål.De kan också kallas kylflänsar eller fläktar. Fläktarna klassificeras vidare som kullager och kullager. Kullager motorfläktar är att föredra eftersom deras arbetsspänning är längre och de är billigare när det gäller användning med lång spänning. Prestandan för dessa typer av kylfläns är utmärkt, men inte för långvariga applikationer eftersom de består av rörliga delar och är också lite dyra.

Passiva kylflänsar

Dessa har inga mekaniska komponenter och är gjorda av lamellradiatorer av aluminium. Dessa släpper ut termisk energi eller värme med hjälp av konvektionsprocessen. Dessa är mest tillförlitliga än de aktiva kylflänsarna, och för effektiv drift av passiva kylflänsar rekommenderas det att bibehålla kontinuerligt luftflöde över deras fenor.

Kylfläns i aluminium

Kylflänsar är vanligtvis gjorda av metaller och aluminium är den vanligaste metallen som används i kylflänsen. Vi är medvetna om att metallens värmeledningsförmåga är annorlunda. Metallens värmeledningsförmåga är proportionell mot värmeöverföringen i kylflänsen . Således, om värmeledningsförmågan hos metallen ökar, då
värmeöverföringskapaciteten för kylflänsen kommer också att öka.

Kylfläns i aluminium

Aluminiumens värmeledningsförmåga är 235 W / mK, det är den billigaste och lättaste metallen. Aluminium kylflänsar kallas också som extruderade kylflänsar eftersom de kan tillverkas med extrudering.

Stämplade kylflänsar

Dessa är gjorda av metaller som är stämplade för att bilda en viss form. Denna stämpel skapar kylflänsarna när metall flyttas genom stansningsmaskinen. Dessa är billigare jämfört med extruderade kylflänsar.
Dessa används för lågeffektiva applikationer och därför har de låg prestanda.

Bearbetning av kylflänsar

Dessa tillverkas genom bearbetningsprocess, ofta används såg för att ta bort ett materialblock för att göra mellanfenor med exakt avstånd. Dessa är dyra eftersom mycket metall kan gå till spillo i tillverkningsprocessen.

Bonded-Fin kylflänsar

Dessa används ofta för fysiskt stora applikationer som kräver förnuftiga prestanda som elektrisk svetsning och DC-DC brick applikationer . Dessa tillverkas genom att binda enskilda fenor av metall till basen på en kylfläns. Detta kan göras med två metoder, nämligen termisk epoxi som är ekonomisk och den andra är genom hårdlödning vilket är dyrt.

Kylflänsar med vikta fenor

Dessa vikta kylflänsar har stor ytarea och har vikta kylflänsmaterial, och har därför mycket hög prestanda och mycket hög värmeflöde. I dessa sänkor styrs luft att strömma direkt in i kylflänsar genom någon form av kanal. Detta gör det hela dyrt eftersom kostnaden för tillverkning och ledning ingår i diskens totala kostnad.

Skived kylflänsar

Skiving-processen används för att tillverka dessa sänkor, vilket innebär att man gör mycket fina metallblock i allmänhet koppar. Därför kallas dessa som skived kylflänsar. Dessa är medelhögt till högpresterande kylflänsar.

Smidda kylflänsar

Metaller som koppar och aluminium används för att bilda kylflänsar genom att använda kompressionskrafter. Denna process kallas smidesprocess. Därför namnges de som smidda kylflänsar.

Enstaka kylflänsar

Dessa är lätta och kan installeras i trånga utrymmen. De har också låg till hög kapacitet och kan användas för många applikationer. Men den största nackdelen är att de är lite dyra.

Swaged kylflänsar

Swaging är en kallbearbetande smidesprocess men kan ibland göras även som varmbearbetningsprocess där måtten på ett föremål ändras till en form. Dessa är billiga, medelpresterande och begränsade i luftflödeshantering.

Betydelsen av kylflänsar i elektroniska kretsar

• En kylfläns är en passiv värmeväxlare och den är utformad för att ha stor yta i kontakt med det omgivande (kylande) mediet som luft. De komponenter eller elektroniska delar eller anordningar som är otillräckliga för att moderera temperaturen kräver kylflänsar för kylning. Värme som genereras av varje element eller komponent i elektronisk krets måste försvinna för att förbättra dess tillförlitlighet och förhindra att komponenten för tidigt går sönder.
• Det upprätthåller termisk stabilitet i gränser för alla elektriska och elektronisk komponent i valfri krets eller elektronikdelar i något system. Kylflänsens prestanda beror på faktorer som materialval, utskjutande design, ytbehandling och lufthastighet.
• En dators centrala bearbetningsenheter och grafiska processorer kyls också med kylflänsar. Kylflänsar kallas också som värmespridare, som ofta används som skydd i datorns minne för att skingra värmen.
• Om kylflänsar inte tillhandahålls för elektroniska kretsar, kommer det att finnas en risk för fel på komponenter som transistorer, spänningsregulatorer, IC: er, lysdioder och effekttransistorer. Även när lödning av en elektronisk krets rekommenderas att du använder kylfläns för att undvika överhettning av elementen.
• Kylflänsar ger inte bara värmeavledning, utan används också för termisk energihantering genom att avleda värme när värmen är mer. Vid låga temperaturer är kylflänsar avsedda att ge värme genom att släppa ut termisk energi för korrekt drift av kretsen.

Val av kylfläns

För val av kylfläns måste vi ta hänsyn till följande matematiska beräkningar:

Överväga

F: Värmeavledningshastighet i Watt

T_j: Maximal anslutningstemperatur för enhet i 0C

T_c: Enhetens temperatur i 0C

T_a: Omgivningstemperatur vid 0C

T_s: Maximal temperatur på kylflänsen som ligger ytterst snyggt till enheten i 0C

Värmebeständighet kan ges av

R = ∆T / Q

Elektriskt motstånd ges av

R_e = ∆V / I

Det termiska motståndet mellan korsningen och enhetens hölje ges av

R_jc = (∆T_jc) / Q

Motstånd mellan fall och sjunker ges av

R_cs = (∆T_cs) / Q

Sink till omgivande motstånd ges av

R_sa = (∆T_sa) / Q

Således ges övergång till omgivande motstånd av

R_ja = R_jc + R_cs + R_sa = (T_j-T_a) / Q

Nu krävs den värmebeständiga värmebeständigheten

R_sa = (T_j-T_a) / Q-R_jc-R_cs

I ovanstående ekvation fastställs värdena för T_j, Q och R_jc av tillverkaren och värdena för T_a och R_cs är användardefinierade.

Sålunda måste värmeavledarens termiska motstånd för applicering vara mindre än eller lika med den ovan beräknade R_sa.

När du väljer kylflänsen måste olika parametrar beaktas, såsom den termiska budgeten som är tillåten för kylflänsar, luftflödesförhållande (naturligt flöde, lågt flöde blandat, högt flöde tvingat konvektion).

Volymen på kylflänsen kan bestämmas genom att dividera det volymetriska motståndet med det önskade termiska motståndet. Området för volymetrisk motståndsmätning är som följer i tabellen nedan.

Grafen nedan visar variationen i storlek på kylfläns och värmebeständighet i aluminium som ett exempel på att välja kylfläns baserat på värmebeständigheten.

Område mot termisk motståndskraft mot kylfläns

Denna artikel diskuterar om kylfläns, olika typer av kylflänsar och vikten av kylfläns i elektroniska kretsar i korthet. För merinformation om kylflänsar, vänligen skicka dina frågor viakommenterar nedan.

Fotokrediter:

• • Kylfläns förbi ecnmag
  • Kylflänsprincip av streacom
  • Kylflänstyper av elektronik-kylning
  • Aluminium kylfläns av specialchem4polymerer
  • Area vs Thermal Resistance of Heat Sink by designworldonline