Hősugárzás, hűtőbordák

Moduláramkörök és készülékek 1

Hősugárzás, hűtőbordák

Moduláramkörök és készülékek 2

Hőátadás sugárzással

A hősugárzás sajátosságai– anyagi közvetítő nélkül, elektromágneses hullámok

formájában jön létre. Hullámhossztartomány: 0,78..800 m

– egyenes vonalban terjed (hűtőbordák!)– tárgyak felületéről visszaverődik– bizonyos anyagok elnyelik, mások áteresztik a

hősugarakat– A kisugárzott hőteljesítmény az abszolút hőmérséklet

4. hatványával arányos: P=f(T4)

Moduláramkörök és készülékek 3

Hősugárzás alapegyenlete 1

• ε abszorpciós faktor (0..1)• σ Stefan – Boltzmann állandó 5,67*10-8W/(m2K4)• A felület (m2)

• T1,T2 felületek hőmérséklete (K)

• F12 láthatósági faktor

124

24

1 )( FTTAP

Moduláramkörök és készülékek 4

Hősugárzás alapegyenlete 2

• Ahol hr relatív hősugárzási állandó (W/(m2K)

• Termikus ellenállás:

)( 21 TTAhP r

AhP

TTR

rth

121

Moduláramkörök és készülékek 5

A sugárzási hőenergia megoszlása

Q=QA+QR+QDQ A testre jutó hősugárzásQA Az elnyelt hősugárzásQR A visszevert hősugárzásQD Az áteresztett hősugárzás

1 Q

Q

Q

Q

Q

QA R D

abszorpciós tényező reflexiós tényező áteresztési tényező

Moduláramkörök és készülékek 6

Határesetek

• Abszolút fekete test - matt felületű fémek - ~1

• Abszolút reflektáló test - polírozott fémfelületek -

• Abszolút átlátszó test - üvegek

Moduláramkörök és készülékek 7

Kisebb szekrények hűtése

Moduláramkörök és készülékek 8

Aktív ventilláció (szekrény)

Moduláramkörök és készülékek 9

Hűtőbordák

• Hőátadó felület térbeli növelése

• Anyag: jó hővezető, könnyen megmunkálható, olcsó - Aluminium

• Kényszerkonvekció esetén sűrűbb elhelyezés, természetes konvekciónál ritkább - egymásra sugárzás

• Alkalmazható az SMT alkatrészektől a telj. félvezetőkig

Moduláramkörök és készülékek 10

Hűtőbordák SMD alkatrészekhez

Moduláramkörök és készülékek 11

Hűtőbordák IC-khez

6..20 láb 24..40 láb PLCC, processzor

Moduláramkörök és készülékek 12

Hűtőbordák kisteljesítményű tranzisztorokhoz (pl. TO 5, TO 120)

Moduláramkörök és készülékek 13

Hűtőbordák nagyteljesítményű tranzisztorokhoz és félvezetőkhöz

Moduláramkörök és készülékek 14

Hűtőbordák méretezése

• Közelítő számítás, cél a hűtőborda hőellenállásának meghatározása

• A hőellenállás alapján borda profil választás, majd a borda hosszának meghatározása

Moduláramkörök és készülékek 15

Hűtőbordák méretezése

PvTok Interface Hűtőborda

j u

RthG RthM RthK

Pv a félvezető által termelt hőmennyiség [W]j a félvezető réteghőmérséklete [C °]u környezeti hőmérséklet [C °]G a tok felületének hőmérsékleteS a felerősítés hőmérsékleteRthG a tok belső hőellenállása [K/W]RthM az interface hőellenállása [K/W]RthK a hűtőborda hőellenállása [K/W]

G S

Moduláramkörök és készülékek 16

A hűtőborda hőellenállásának meghatározása

RP

R RthKj u

vthG thM

( )

Pl: egy TO 3 tokozású, 160 C ° max. réteghőmérsékletű60 W hőteljesítményű teljesítménytranzisztor tokjánaktermikus ellenállása: 0,6 K/W, a felerősítés termikusellenállása: 0,4 K/W, a környezeti hőm.: 40 C °

RthK= (160 - 40)/60 - (0,6 + 0,4) = 1 K/W

Moduláramkörök és készülékek 17

Borda profil és hossz választás

Moduláramkörök és készülékek 18

A kényszerkonvekció figyelembe vétele

RthKf~a RthK

a értékének meghatározása a légsebesség függvényében:

Moduláramkörök és készülékek 19

Hajlékony réz hűtőlemez

Moduláramkörök és készülékek 20

Hajlékony hűtőlemez szerkezete

Moduláramkörök és készülékek 21

Kerámia hűtőlemez

Moduláramkörök és készülékek 22

Keresztvágásos hűtőborda

Moduláramkörök és készülékek 23

Enyhén csavart szárnyú hűtőborda

Moduláramkörök és készülékek 24

Szerelt, (ragasztott) hűtőborda

Moduláramkörök és készülékek 25

Hajtogatott szárnyú hűtőborda

Moduláramkörök és készülékek 26

Réz betétes hűtőborda

Moduláramkörök és készülékek 27

Aktív hűtőborda

Moduláramkörök és készülékek 28

Heat pipe-al kombinált hűtőborda

Moduláramkörök és készülékek 29

Heat pipe működési elve

Moduláramkörök és készülékek 30

Lapos heat pipe

Moduláramkörök és készülékek 31

Heat-pipe által szállított hőenergia

Moduláramkörök és készülékek 32

Heat pipe alkalmazása 1

Moduláramkörök és készülékek 33

Heat pipe alkalmazása 2

Moduláramkörök és készülékek 34

Félvezetős termoelektromos hűtő

Moduláramkörök és készülékek 35

Termoelektromos hűtők