Производство 
| РАДИАТОРНЫЙ ПРОФИЛЬ |
ОТЧЕТЫ ПО ТЕПЛОВЫМ ИСПЫТАНИЯМ |
!!! Теперь мы работаем и с физическими лицами. Подробности на сайте 1radcom.ru , по е-mail: 1radcom@mail.ru и телефону (921) 553-23-11 !!!
Расчет тепловых режимов радиаторов
Для правильного выбора радиатора необходимо определить факторы, определяющие качество его работы. Далее приведены некоторые физические аспекты работы радиатора.
В термодинамике приняты следующие характеристики, определяющие физическую картину работу системы радиатор-охлаждаемое устройство:
Q - мощность рассеивания тепловой энергии (Вт), представляет собой уровень тепла рассеиваемого электронными компонентами во время своей работы (например, процессором).
Tj - максимальная температура p-n перехода устройства (°C). Для типовых микроэлектронных устройств эта температура лежит в пределах 115 °C.
Tc - температура корпуса устройства (°C). Т.к. температура на поверхности корпуса устройства неодинакова, то, как правило, за данную величину принимают максимальную температуру на корпусе охлаждаемого устройства.
Ts - температура стока (°C). Представляет собой максимальную температуру подошвы радиатора.
Ta - температура окружающего воздуха (°C).
Используя температуру и мощность рассеивания тепловой энергии, можно получить численную оценку эффективности теплоотвода в виде термосопротивления R, определяемого как:
R=dT/Q, где dT - разность температур между двумя элементами.
Единицей измерения термосопротивления является градус/ватт (°C/Вт). Термосопротивление показывает изменение температуры устройства при рассеивании на нем мощности в 1 Bт. По сути, термосопротивление аналогично электрическому сопротивлению, определяемому по закону Ома.
Рассмотрим случай, когда радиатор располагается на процессоре (см.рисунок):
Рассмотрим упрощенную систему теплоотвода. В данной схеме тепловой поток от ядра процессора передается на его корпус, далее на подошву радиатора и, в конечном итоге, пройдя через радиатор, рассеивается в окружающей среде.
Таким образом, термосопротивление между ядром процессора и его корпусом может быть вычислено как:
Rjc = (Tj - Tc)/Q
Данное сопротивление определяется производителем процессора и обычно имеет постоянное значение. Пользователь не имеет возможности влиять на данный параметр.
Аналогично можем получить величины других двух термосопротивлений:
Rcs = (Tc - Ts)/Q
Rsa = (Ts - Ta)/Q
При этом следует обратить внимание, чтоRcs представляет собой термосопротивление между поверхностью корпуса процессора и подошвой радиатора и иногда называется сопротивлением переходного слоя. Его значение определяется качеством обработки поверхностей прилегающих друг к другу и характеристиками, так называемого теплового интерфейса (термокомпаунда, теплопроводящей прокладки).
Rsa- термосопротивление радиатора.
Таким образом, общее термосопротивление рассматриваемой системы ядро процессора - окружающая среда можно получить путем сложения вышеуказанных термосопротивлений:
Rja = Rjc + Rcs + Rsa = (Tj - Ta)/Q
Преобразовав данное выражение, можно получить следующую зависимость для термосопротивления радиатора:
Rsa = ((Tj - Ta)/Q) - Rjc - Rcs
В этом выражении Tj, Q и Rjc определяются спецификациями изготовителя процессора, а Ta и Rcs - изменяемые параметры.
Параметр Ta во многом зависит температурных условий, в которых будет работать оборудование. Обычно значение этого параметра лежит в пределах от 35 до 45°C и может достигать 50- 60°C, если оборудование используется в замкнутом малом объеме или работает рядом с источниками сильного тепловыделения. Поэтому для лучшего охлаждения целесообразно:
· иметь корпус устройства с бОльшим внутренним объемом;
· по мере возможности обеспечить хорошую вентиляцию корпуса ;
· располагать устройство подальше от отопительных приборов и от места прямого попадания солнечных лучей.
Термосопротивление Rcs зависит от качества обработки и ровности поверхностей радиатора и корпуса процессора, давления прилегания этих поверностей и площади их контакта, типа и толщины применяемой теплопроводящей прокладки. Поверхность радиатора никогда не бывает абсолютно гладкой. Всегда при соприкосновении поверхности радиатора и процессора остаются микроскопические полосы, заполненные воздухом, что отрицательно сказывается на отводе тепла. Решением этой проблемы является использование теплопроводящей прокладки из материалов с высокой теплопроводностью, заполняющих эти полости и улучшающих теплопроводность.
Теплопроводность при контакте металл-металл всегда выше, чем при контакте керамика-металл. Поэтому, если процессор в керамическом корпусе (а не с металлической пластинкой), необходимо использовать компаунд. Наиболее популярный термокомпаунд – паста КТП. Она легко заполняет все полости между процессором и радиатором, легко наносится и легко снимается. Некоторые производители приборов используют в качестве теплопроводной прокладки графит. Графитовые прокладки (серебрянно-серая полоска) недороги, но не обеспечивают достаточного теплоотвода. Но графитовая прокладка всё же лучше, чем совсем ничего.
Если на радиаторе уже есть теплопроводящая прокладка из графита, или эластомера, но вы хотите использовать пасту, то вам придётся отлепить или соскрести эту прокладку и нанести на её место пасту. Вместе использовать и то, и другое не рекомендуется. Липкая лента, проводящая тепло, очень эффективна для закрепления маленьких радиаторов (на видеокартах), но по термическим характеристикам всё же хуже, чем термопаста. Если после применения пасты ваш радиатор стал сильнее нагреваться, это означает лучшую теплопроводность.
Теперь попытаемся определить факторы, влияющие на характеристики того или иного радиатора.
Величину потока тепла, проходящего через какой-либо фрагмент радиатора, можно оценить из закона Фурье:
Q = - kS*dT/dz,
где:
Q - количество теплоты за единицу времени, т.е. Дж/c (Вт) (поток тепла через поверхность S, расположенную перпендикулярно к оси z),
k - коэффициент теплопроводности, Вт/м*К ,
S - площадь фрагмента,
dT/dz - изменение температуры в данном направлении (например, в направлении оси z)
В соотношении поставлен знак минус, так как тепло "течет" в направлении убывания температуры.
Из данного закона видно, что термосопротивление радиатора обратно пропорционально его коэффициенту теплопроводности и, следовательно, является характеристикой материала. Суть термосопротивления состоит в том, что при его меньшем значении, т.е. при меньшем изменении температуры, эффективность радиатора выше. У современных радиаторов значение термосопротивления чрезвычайно мало (0,05 -0,1 °C/Вт).
Из закона Фурье видно, что при бОльшей площади поверхности будет бОльшим и поток тепла через эту поверхность, при этом и эффективность теплопередачи будет выше. Получить максимальную
площадь поверхности можно двумя способами - либо увеличением физических размеров самого радиатора, либо путем применения ребер оптимальной формы. Первый способ не всегда применим, т.к. пространство внутри корпуса прибора заведомо ограничено его физическими размерами и наличием большого количества других необходимых элементов. Очень часто размещению большого радиатора мешает конструктивное исполнение самой платы печатного монтажа, например, близко расположенные к слоту процессора конденсаторы. Поэтому второй способ часто оказывается гораздо более эффективным, при этом особое внимание оказывается правильному профилированию ребер радиатора и технологии его изготовления.
Виды радиаторов. Материал - читать.......