Običajno rabljene toplotne rešitve elektronske energetske opreme
Sodobna močnostna elektronska oprema se hitro razvija v smeri visoke integracije, visoke gostote sestavljanja in visoke hitrosti delovanja. Kot jedro močnostne elektronske opreme čip deluje vse hitreje, porabi vedno več energije in oddaja vedno več toplote. Če zmogljivost naprave za odvajanje toplote ni velika, bo disipacija moči povzročila dvig temperature aktivnega območja čipa in temperature spoja v napravi.
Stopnja napak komponent je eksponentno povezana z njihovo temperaturo spoja, zmogljivost pa se zmanjšuje s povečanjem temperature spoja. Stopnja napak se dvakrat poveča za vsakih 10 stopinj dviga delovne temperature komponent.
Zato je za izboljšanje delovne zmogljivosti in zanesljivosti močnostne elektronske opreme bolj potrebno in nujno izvesti razumno toplotno zasnovo elektronske opreme in sprejeti razumne zunanje ukrepe za odvajanje toplote. Trenutno običajne tehnologije odvajanja toplote močnostne elektronske opreme vključujejo zračno hlajenje, tekočinsko hlajenje, tehnologijo toplotnih cevi itd.
Zračno hlajenje:
Uporaba zračno hlajenega hladilnika za hlajenje elektronskih čipov je najenostavnejša, najbolj neposredna in najcenejša metoda odvajanja toplote. Na splošno se tehnologija zračnega hlajenja ali prisilnega hlajenja zraka večinoma uporablja v napravah ali elektronski opremi z nizko ali srednjo porabo energije. Trenutno se uporabljajo napredni ventilatorji in optimizirani toplotni odvodi velike površine. Hladilna zmogljivost tehnologije zračnega hlajenja lahko doseže 50 W · cm-2. Načelo zračno hlajenega hladilnika je zelo preprosto: toplota, ki jo odvaja čip, se prek veznih materialov prenese na kovinsko podlago in nato na hladilnik. Toplota se odvaja v zrak z naravno konvekcijo ali prisilno konvekcijo. Kondukcija in konvekcija sta dve glavni metodi prenosa toplote. Za prenos toplote, ki jo odvaja čip v atmosfersko okolje pod dovoljenimi temperaturnimi pogoji, je mogoče uporabiti naslednje metode za okrepitev prevodnega in konvekcijskega toplotnega hlajenja.
Tekočinsko hlajenje:
Tekočinsko hlajenje imenujemo tudi vodno hlajenje. Njegova hladilna učinkovitost je visoka, njegova toplotna prevodnost je več kot 20-krat večja od tradicionalnega zračnega hlajenja in ni visokega hrupa zračnega hlajenja, kar lahko bolje reši težave pri hlajenju in zmanjšanju hrupa. Tekočinsko hladilno napravo lahko v grobem razdelimo na štiri dele: mikro vodna črpalka, obtočna cev, škatla za absorpcijo toplote in hladilnik. Načelo odvajanja toplote vodnega hlajenja je zelo preprosto. Odvajanje toplote za vodno hlajenje je zaprta naprava za kroženje tekočine. Z močjo, ki jo ustvari črpalka, se spodbuja kroženje tekočine v zaprtem sistemu, toplota, ki jo ustvari čip, ki jo absorbira škatla za absorpcijo toplote, pa se prenese v napravo za odvajanje toplote z večja površina za odvajanje toplote skozi kroženje tekočine. Ohlajena tekočina se ponovno vrne v opremo za absorpcijo toplote za neprekinjeno kroženje hlajenja.
Heatpipe tehnologija:
Toplotna cev je element za izmenjavo toplote z visoko učinkovitostjo prenosa toplote. Prenos toplote med hladnimi in vročimi tekočinami je povezan s procesom fazne spremembe izhlapevanja in kondenzacije delovnega medija v toplotni cevi. Njegova ekvivalentna toplotna prevodnost lahko doseže 103 do 104-krat večjo toplotno prevodnost kovine. V primerjavi s tradicionalno opremo za odvajanje toplote toplotni cevi ni treba porabljati energije, ima majhen prostor in visoko hladilno zmogljivost. Prenos toplote na enoto površine je visok. Kot učinkovit toplotno prevodni element je toplotna cev primerna za odvajanje toplote pri visokem toplotnem toku in se lahko uporablja za elektronske komponente za doseganje visoke stopnje oddajanja toplote. Trenutno je največja moč odvajanja toplote znanega radiatorja s toplotnimi cevmi za odvajanje toplote elektronskih komponent visoke moči dosegla 200 W · cm-2.
Različne rešitve toplotnega hlajenja imajo različne prednosti in slabosti. V praktični uporabi je treba različne metode odvajanja toplote izbrati glede na potrebe energetske opreme. Samo na ta način lahko elektronska oprema zagotovi svojo maksimalno zmogljivost in stabilno življenjsko dobo.
