Kuidas hoida madalat temperatuuri: radiaatori valik ja kasutuspõhimõtted
Enamiku elektroonikakomponentide, eriti mikroprotsessorite ja mikrokontrollerite soojustihedus suureneb nende suuruse jätkuva kahanemise tõttu. Arvestades, et eeldatav eluiga, töökindlus ja jõudlus on pöördvõrdelised seadme töötemperatuuriga, on selle evolutsiooni tulemuseks see, et soojusdisain ja -haldus on muutunud oluliseks disainiprobleemiks. Seetõttu vastutab projekteerija' selge arusaam tõhusast soojusjuhtimisest ja saadaolevatest radiaatorilahendustest, et hoida seadmete töötemperatuur tarnija seatud vahemikus.
Radiaatori tööpõhimõte on suurendada seadme jahutusvedelikuga (õhuga) kokkupuutuva pinda. Kui radiaator on õigesti paigaldatud, võib see vähendada seadmete temperatuuri, parandades soojuse ülekandmist tahke õhu piiril jahedamale välisõhku.
Selles artiklis kirjeldatakse jahutusradiaatori valikut ja antakse juhiseid õige disaini, komponentide valiku ja parimate tavade kohta, et saavutada suurepärane soojusjõudlus. Samuti kirjeldatakse näitena Ohmite' radiaatorilahendust. Enamiku elektroonikakomponentide, eriti mikroprotsessorite ja mikrokontrollerite soojustihedus suureneb nende suuruse jätkuva kahanemise tõttu. Arvestades, et eeldatav eluiga, töökindlus ja jõudlus on pöördvõrdelised seadme töötemperatuuriga, on selle evolutsiooni tulemuseks see, et soojusdisain ja -haldus on muutunud oluliseks disainiprobleemiks. Seetõttu vastutab projekteerija' selge arusaam tõhusast soojusjuhtimisest ja saadaolevatest radiaatorilahendustest, et hoida seadmete töötemperatuur tarnija seatud vahemikus.
Radiaatori tööpõhimõte on suurendada seadme jahutusvedelikuga (õhuga) kokkupuutuva pinda. Kui radiaator on õigesti paigaldatud, võib see vähendada seadmete temperatuuri, parandades soojuse ülekandmist tahke õhu piiril jahedamale välisõhku.
Selles artiklis kirjeldatakse jahutusradiaatori valikut ja antakse juhiseid õige disaini, komponentide valiku ja parimate tavade kohta, et saavutada suurepärane soojusjõudlus. Samuti kirjeldatakse näitena Ohmite' radiaatorilahendust.
Integraallülituse (IC) võimsus hajub aktiivse transistori ristmikult soojuse kujul ja ühenduskoha temperatuur on võrdeline hajutatud võimsusega. Tootja määrab maksimaalse ristmiku temperatuuri, kuid üldiselt on see umbes 150°C. Selle ristmiku temperatuuri ületamine põhjustab üldjuhul seadme kahjustusi, seega peab projekteerija leidma viise, kuidas IC-st võimalikult palju soojust üle kanda. Selleks saavad nad soojuse voolu mõõtmiseks toetuda üsna lihtsale mudelile. See mudel sarnaneb soojustakistuse kontseptsioonil põhineva Ohmi seaduse elektrilise arvutusega tähisega θ.
Soojustakistus viitab takistusele, mis tekib soojuse voolamisel ühest keskkonnast teise. Selle ühik on Celsius/Watt (°C/W), mis on määratletud järgmiselt:
sisse:
θ on soojustakistus üle soojusbarjääri ühikutes ℃/W. ∆T on soojusbarjääri temperatuuride erinevus ℃.
P on sõlme poolt hajutatud võimsus vattides. IC ja jahutusradiaatori füüsilisest paigutusest tulenevalt on palju termilisi liideseid. Esimene on ristmiku ja IC korpuse vahel ning seda tähistab soojustakistus θjc.
Jahutusradiaator on ühendatud IC-ga termilise liidese materjali (TIM) abil, nagu termopasta või termolint, et suurendada kahe seadme vahelist soojusjuhtivust. Sellel soojusjuhtival kihil on üldiselt väga madal soojustakistus, mis on osa soojustakistusest kestast jahutusradiaatorini ja mida tähistab θcs. Viimane tase on liides radiaatori ja ümbritseva keskkonna vahel, mida tähistatakse θsa-ga.
Soojustakistus on nagu elektroonikaahelate takistid, mis on ühendatud järjestikku. Kõigi soojustakistuste summa on kogu soojustakistus ristmikust välisõhuni.
Üldiselt määravad IC-müüjad kaudselt või otseselt soojustakistuse ristmikult korpuseni. Selle spetsifikatsiooni võib esitada korpuse maksimaalse temperatuuri kujul, välistades ühe soojustakistuse elemendi. Rakenduse IC projekteerijal puudub kontroll korpuse ristmiku soojustakistuse omaduste üle. Kuid disainer saab valida TIM-i ja jahutusradiaatori funktsioonid, et IC täielikult jahutada ja hoida ristmiku temperatuuri allpool määratud maksimaalset temperatuuri. Üldiselt võib öelda, et mida väiksem on TIM-i ja jahutusradiaatori soojustakistus, seda madalam on jahutatava IC-i korpuse temperatuur.
Soojuse hajumise seisukohalt on radiaatori valimine suhteliselt lihtne. Nagu eespool mainitud, pakub Ohmite BG seeria jahutusradiaator teostatavat lahendust BGA-pakettides olevate IC-de jahutusprobleemidele.
