고전력 스위칭 전원 공급 장치의 열 설계 원리

1. 전자제품에 Thermal Solution이 필요한 이유

전자 제품의 칩은 점점 더 많은 기능 요구 사항과 더 작은 볼륨 요구 사항으로 고도로 통합되었습니다. 오늘날의 부품은 소형화, 고기능화, 고효율화를 향해 빠르게 발전하고 있습니다. 고성능 구성 요소는 고속에서 많은 열을 생성하므로 구성 요소가 정상적인 작동 온도에서 작동할 수 있도록 하려면 이 열을 즉시 제거해야 합니다. 최고의 효율로 작동합니다. 따라서 열전도 관련 기술은 전자산업의 발전과 함께 끊임없이 도전을 받고 있다.

2. 방열판 재료의 종류:

금, 은, 철, 구리, 알루미늄, 알루미늄 합금, 실리콘 시트 등

3. 방열 원리

A 라디에이터의 방열 형태는 주로 복사와 대류를 포함합니다.

복사열전달 : 열에너지는 복사의 형태로 전달되며 어떠한 매질도 없이 태양의 열에너지가 우주를 통해 지구로 전달되는 것과 같이 진공상태에서 전달될 수 있다.

대류 열 전달: 열 에너지는 공기 또는 공기를 가열하기 위한 대류 라디에이터와 같은 기타 매체를 통해 전달됩니다. 공기는 실내의 모든 것을 가열하며, 공기 이동은 주로 공기의 이동에 의존하여 열 에너지를 퍼뜨립니다.

전통적인 의미의 복사 라디에이터는 전체 열 방출의 상대적인 부분을 차지하는 라디에이터를 말합니다. 현재 가장 일반적인 복사 라디에이터는 주철, 강철 기둥 라디에이터 및 구리-알루미늄 복합 라디에이터입니다. 그 중 복사에 의해 전달되는 열 에너지는 30%만 차지하고 나머지 70%는 대류에 의해 전달됩니다. 대류 라디에이터는 Fried copper tube 대류 라디에이터와 같이 기본적으로 복사 열 교환이 없는(또는 매우 작은) 라디에이터입니다. 복사 라디에이터보다 더 편안하고 빠르게 가열됩니다.

나. 방열의 방법에는 복사방열, 전도방열, 대류방열, 증발방열이 있다.

신체의 여러 조직과 기관에서 발생하는 열은 혈액순환과 함께 전신에 고르게 분포됩니다. 피부의 혈관을 통해 혈액이 흐를 때 전체 열의 90%는 피부에서 발산되므로 피부는 열을 발산하는 신체의 주요 부분입니다. 또한 호흡, 소변 및 대변과 함께 폐, 신장 및 소화관을 통해 신체에서 발산되는 열의 작은 부분이 있습니다.

(1) 방열 방식 - 주로 물리적 방식

1. 방사선 방사선은 신체가 적외선을 방출하여 열을 발산하는 것을 의미합니다. 피부 온도가 주변 온도보다 높으면 신체의 열이 복사에 의해 발산됩니다. 복사 방열은 피부 온도, 주변 온도 및 신체의 유효 복사 면적과 같은 요인과 관련이 있습니다. 일반적으로 복사열 방출은 총 열 방출의 40%를 차지합니다. 물론 주변 온도가 피부 온도보다 높으면 신체가 복사열을 흡수합니다. 철근 노동자들은 용광로 앞에서 일하고, 농부들은 뜨거운 여름 태양 아래 밭에서 일한다.

2. 전도와 대류 전도는 신체가 분자 운동 에너지를 전달하여 열을 발산하는 방식입니다. 인체가 피부보다 차가운 물체(예: 옷, 침대, 의자 등)에 직접 접촉하면 신체에서 이러한 물체로 열이 전달됩니다. 임상적으로 고열 환자를 식히기 위해 아이스 캡, 아이스 팩 및 기타 방법을 사용하는 것은 이 원리를 사용합니다.

C, 라디에이터와 환경 간의 열 교환

열이 라디에이터 상단으로 전달된 후 전달된 열을 주변 환경으로 최대한 빨리 분산시켜야 합니다. 공냉식 라디에이터의 경우 주변 공기와 열을 교환하는 것입니다. 이때 열은 서로 다른 두 매질 사이에 전달되며, 따르는 공식은 Q= XAX ΔT이며, 여기서 ΔT는 두 매질 사이의 온도차, 즉 라디에이터와 주변 공기 사이의 온도차이다. ; 유체의 온도차입니다. 열전도율은 방열판 재료와 공기 구성이 결정된 후 고정 값입니다. 가장 중요한 A는 방열판과 공기 사이의 접촉 면적입니다. 방열판의 부피와 같은 다른 조건이 변하지 않는다는 전제하에 일반적으로 있을 것입니다. 방열 효율을 향상시키는 것을 의미합니다. 이를 달성하기 위해 일반적으로 표면 거칠기 또는 나사산으로 보완된 핀 디자인을 통해 표면적을 늘립니다.

열이 공기로 전달된 후 방열판과 접촉하는 공기의 온도는 급격히 상승합니다. 이때 뜨거운 공기는 대류와 같은 열교환을 통해 주변의 차가운 공기와 열을 최대한 빼앗아야 한다. 공랭식 라디에이터의 경우 가장 중요한 수단은 공기 흐름 속도를 높이고 팬을 사용하여 강제 대류를 달성하는 것입니다. 이것은 주로 팬의 디자인과 풍속과 관련이 있습니다. 라디에이터 팬의 효율(예: 흐름, 풍압)은 주로 팬 블레이드의 직경, 축 길이, 팬 속도 및 팬 블레이드의 모양에 따라 달라집니다. 팬의 흐름은 대부분 CFM(Imperial system, cubic feet/minute)이며 CFM은 약 0.028mm3/min 흐름입니다.

순수 알루미늄 라디에이터

순수한 알루미늄 라디에이터는 초기에 가장 일반적인 라디에이터입니다. 제조 공정이 간단하고 비용이 저렴합니다. 지금까지 순수한 알루미늄 라디에이터는 여전히 시장의 상당 부분을 차지하고 있습니다. 핀의 방열 면적을 늘리기 위해 순수 알루미늄 라디에이터에 가장 일반적으로 사용되는 가공 방법은 알루미늄 압출 기술이며 순수 알루미늄 라디에이터를 평가하는 주요 지표는 라디에이터 베이스의 두께와 Pin-Fin 비율입니다. . 핀은 방열판의 핀 높이를 의미하고, 핀은 인접한 두 핀 사이의 거리를 의미합니다. 핀-핀 비율은 핀 높이(베이스 두께 제외)를 핀으로 나눈 값입니다. 핀-핀 비율이 클수록 라디에이터의 유효 방열 면적이 커지고 알루미늄 압출 기술이 더욱 발전합니다.

순수 구리 라디에이터

구리의 열전도율은 알루미늄의 1.69배이므로 다른 조건이 동일하다는 전제 하에서 순수 구리 방열판은 열원에서 더 빨리 열을 제거할 수 있습니다. 그러나 구리의 질감이 문제다. 광고되는 많은 "순수 구리 방열판"은 실제로 100% 구리가 아닙니다. 구리 목록에서 구리 함량이 99% 이상인 것을 무산성 구리라고 하고 다음 등급의 구리는 구리 함량이 85% 미만인 단동입니다. 현재 시장에 나와 있는 대부분의 순수 구리 방열판은 둘 사이에 구리 함량이 있습니다. 일부 열등한 순수 구리 라디에이터의 구리 함량은 85%도 되지 않습니다. 비용은 매우 저렴하지만 열전도율이 크게 감소하여 방열에 영향을 미칩니다. 또한 구리는 높은 비용, 어려운 가공, 너무 많은 방열판과 같은 명백한 단점을 가지고 있어 전체 구리 방열판의 적용을 방해합니다. 적색 구리의 경도는 알루미늄 합금 AL6063만큼 좋지 않으며 일부 기계 가공 성능(예: 홈 가공)은 알루미늄만큼 좋지 않습니다. 구리의 융점은 알루미늄보다 훨씬 높기 때문에 압출 성형(ExtrusiON) 등에 도움이 되지 않습니다.

가장 일반적으로 사용되는 방열판 재료는 구리 및 알루미늄 합금이지만 알루미늄 합금은 가공이 쉽고 비용이 저렴하며 가장 널리 사용되는 재료입니다. 구리는 열전도율이 높기 때문에 순간 열 흡수 능력이 알루미늄 합금보다 우수합니다. 속도는 알루미늄 합금보다 느립니다. 따라서 순수 구리, 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금 라디에이터에 관계없이 치명적인 결함이 있습니다. 하나의 재료만 사용되기 때문에 기본 방열 용량이 가벼운 방열 요구를 충족할 수 있지만 열전도의 균형을 잘 맞출 수 없습니다. . 용량 및 열 용량의 두 가지 요구 사항은 높은 방열 요구 사항이 있는 경우 다소 압도됩니다.

구리-알루미늄 접합 기술

구리와 알루미늄의 각각의 단점을 고려한 후 시장의 일부 고급 라디에이터는 종종 구리-알루미늄 조합 제조 공정을 사용합니다. 이러한 방열판은 일반적으로 구리 금속 기반을 사용하는 반면 방열판 핀은 알루미늄 합금으로 만들어집니다. 물론 구리 베이스 외에 방열판에 구리 기둥을 사용하는 등의 방법도 있는데 이 역시 같은 원리이다. 열 전도성이 높기 때문에 구리 바닥 표면은 CPU에서 방출되는 열을 빠르게 흡수할 수 있습니다. 알루미늄 핀은 복잡한 공정을 통해 방열에 가장 유리한 형태로 만들 수 있으며, 큰 열 저장 공간을 제공하고 신속하게 방출합니다. 모든 측면에서 균형을 찾았습니다.

열은 CPU 코어에서 열 전도 과정인 방열판 표면으로 발산됩니다. 방열판의 베이스는 작은 면적의 고열원과 직접 접촉하기 때문에 베이스가 열을 빠르게 전도할 수 있어야 합니다. 방열판에 열전도율이 높은 재료를 사용하면 열전도율 향상에 큰 도움이 됩니다. 예를 들어 알루미늄의 열전도율이 237W/mK이고 구리의 열전도율이 401W/mK인 열전도 시스템의 비교표에서 알 수 있습니다. 같은 부피의 라디에이터를 비교하면 구리의 무게는 알루미늄의 3배이고 알루미늄의 비열은 3배입니다. 구리의 2.3배에 불과하므로 같은 부피에서 구리 라디에이터는 알루미늄 라디에이터보다 더 많은 열을 보유하고 더 천천히 가열할 수 있습니다. 히트 싱크 베이스의 두께가 동일하기 때문에 구리는 CPU 다이와 같은 열원의 온도를 빠르게 제거할 수 있을 뿐만 아니라 자체 온도 상승도 알루미늄 히트 싱크보다 느립니다. 따라서 구리는 방열판의 바닥면을 만드는 데 더 적합합니다.

그러나 이 두 금속의 결합은 상대적으로 어렵고 구리와 알루미늄의 친화력은 약하다. 내열성). 실제 설계 및 제조에서 제조업체는 항상 인터페이스 열 저항을 최대한 줄이고 약점을 피하려고 노력하며 이는 종종 제조업체의 설계 능력 및 제조 프로세스를 반영합니다.

4. 열 매체 - 열전도성 실리카겔.

ㅏ. 열 저항이란 무엇입니까?

소위 "열 저항"(thermal resistance)은 열 전달을 방지하는 능력을 반영하는 포괄적인 매개변수를 말합니다. 열 저항의 개념은 저항의 개념과 매우 유사하며 단위도 유사합니다 - 정도 / W, 즉 물체의 지속적인 열 전달 전력이 1W 일 때 열 전도 경로의 두 끝 사이의 온도 차이 .

비. 공기의 열 저항은 자연에서 가장 크고 그 값은 0.03W/mK에 가깝습니다.

씨. 발열체와 금속 방열판 사이의 간격을 채워 공기를 줄여 발열체와 방열판이 직접 대류 방열을 나타냅니다.

디. 열전도성 실리콘 시트는 열을 간접적으로 방출하는 것, 즉 외부에 노출되어 있기 때문에 방열판이라고도 합니다.

Sinda Thermal은 선도적인 방열판 제조업체이며 열 전문가 팀과 많은 정밀 시설 및 장비를 소유하고 있으며 가장 경쟁력 있는 견적과 우수한 품질의 방열판을 제공할 수 있습니다. 열 요구 사항이 있으면 자유롭게 문의하십시오.