Jaké jsou nejběžnější konstrukce chladičů?

Elektronické součástky vytvářejí teplo. Když se přehřejí, selžou. Jak je tedy udržet v chladu? Odpovědí jsou chladiče - ale ne všechny chladiče jsou stejné.

Mezi nejběžnější konstrukce chladičů patří konstrukce s přímým žebrem, s kolíkovým žebrem, s křížovým řezem, s rozšířeným žebrem a s integrovanou tepelnou trubicí. Každá z těchto konstrukcí řeší proudění vzduchu, prostor a tepelné zatížení jinak.

Různé konstrukce fungují lépe v různých podmínkách. Pokud chcete zlepšit chlazení svého výrobku, musíte pochopit, jak se tyto konstrukce chovají.

Jak se liší konstrukce s kolíkovými a rovnými ploutvemi?

Příliš horké na to, abyste je zvládli? Problém může být ve vašem chladicím systému. Chladiče s kolíkovými a přímými žebry jsou všude - ale který je pro vaše zařízení ten pravý?

Chladiče s kolíkovými žebry nabízejí vícesměrné proudění vzduchu a vyšší hustotu povrchu, zatímco konstrukce s přímými žebry umožňují nižší tlakovou ztrátu a účinnost směrového proudění vzduchu.

Konstrukce s kolíkovými a rovnými ploutvemi vypadají velmi odlišně a také se liší jejich výkon. Rovné ploutve jsou dlouhé a rovnoběžné. Vedou proud vzduchu jedním směrem, což se skvěle osvědčuje, když se vzduch pohybuje po přímce. Naproti tomu chladiče Pin-fin využívají mnoho malých sloupků uspořádaných na základně. To umožňuje proudění vzduchu z více směrů.

Srovnávací tabulka: Pin-Fin vs. Straight-Fin

Dřezy s kolíkovými žebry často fungují lépe při nucené konvekci (ventilátory), kdy se do nich tlačí více vzduchu. Mají však vyšší odpor. Pokud používáte pasivní chlazení nebo nízký průtok vzduchu, může být lepší chladič s rovnými žebry. Rovná žebra se také snadno vyrábějí vytlačováním, což snižuje náklady.

Jaká konstrukce chladiče se nejlépe hodí do kompaktních prostor?

Stísněné prostory, krátké termíny - tepelní designéři to znají. Jaký chladič funguje, když není téměř žádný prostor?

Chladiče na bázi pin-fin, zip-fin a heatpipe jsou ideální pro kompaktní prostory díky své efektivitě a schopnosti pracovat při omezeném průtoku vzduchu.

Kompaktní konstrukce vyžadují chladiče, které do malého objemu vměstnají velkou plochu. To není snadné. Standardní extrudovaná žebra se nemusí vejít ani účinně chladit. Ideální jsou zde často struktury s kolíkovými lamelami. Umožňují proudění vzduchu z mnoha úhlů a mají velkou chladicí plochu.

Kompaktní konstrukce chladičů

Pokud je problémem výška, tepelné trubky umožňují odvést teplo od zdroje a pak ho ochladit na nějakém prostornějším místě. Skládaná žebra nebo žebra na zip vtěsnají do stejného objemu více chladicí plochy tím, že žebra těsně na sebe navazují.

U kompaktních konstrukcí záleží na každém milimetru. Proto inženýři milují flexibilní uspořádání, jako jsou pin-fins a hybridy tepelných trubic.

Proč se v moderních chladičích používají tepelné trubice?

Pravděpodobně jste se již setkali s měděnými tepelnými trubicemi na procesorech nebo grafických kartách. Proč jsou dnes tak běžné?

Tepelné trubky se používají proto, že rychle šíří teplo, omezují horká místa a umožňují umístit žebra dále od zdroje tepla. Zlepšují chlazení, aniž by zvětšovaly velikost.

Tepelná trubka je uzavřená trubka naplněná malým množstvím kapaliny. Když se jeden konec zahřeje, kapalina uvnitř se odpaří. Pára putuje na chladnější konec, kde kondenzuje. Tento cyklus rychle přenáší teplo napříč trubkou.

Proč mají tepelné trubky smysl

• Velmi vysoká tepelná vodivost: Lepší než plná měď.
• Rozvádí teplo po velkých plochách žeber: Zabraňuje vzniku horkých míst.
• Žádné pohyblivé části: Pasivní a spolehlivý.
• Kompaktní: Vede teplo v těsných konstrukcích.
• Orientačně přívětivé stránky: Funguje ve většině úhlů, zejména s knotovou strukturou.

Mnoho vysoce výkonných chladičů dnes kombinuje základní desky s tepelnými trubkami a žebrovými soustavami. Tato hybridní metoda poskytuje jak dobrou vodivost (prostřednictvím trubek), tak silnou konvekci (prostřednictvím žeber).

Například v noteboocích nebo kompaktních počítačích odvádějí tepelné trubice teplo do bočních nebo horních žeber. Díky tomu je vnitřní uspořádání čisté a efektivní.

Jaké jsou výhody konstrukce s křížovým řezem?

Ploutve jsou dlouhé, že? Ale co když je zkrátíte? Věřte tomu nebo ne, ale může to pomoci. Příčně řezané ploutve jsou navrženy tak, aby narušovaly proudění vzduchu - v dobrém slova smyslu.

Příčně řezané struktury žeber zlepšují přenos tepla tím, že rozbíjejí mezní vrstvy a umožňují více cest proudění vzduchu, zejména hluboko v soustavě žeber.

U konstrukce s přímými lamelami proudí vzduch kanálky mezi lamelami. Uvnitř těchto kanálků se však proud vzduchu zpomaluje. Čím hlouběji, tím méně dochází k chlazení. Příčné řezání žeber tento problém řeší.

Jak příčné řezy zlepšují chlazení

• Narušit stagnující vzduch: Řezy přerušují mezní vrstvy.
• Zkrácení vodivých cest: Každý segment ploutví je účinnější.
• Povolení vícesměrného přístupu vzduchu: Pomáhá při turbulentním nebo částečném proudění vzduchu.
• Zlepšení výkonu proudění vzduchu při nízkých otáčkách: Více cest pro únik a vstup vzduchu.

To je však spojeno s určitým kompromisem. Příčné řezy mohou mírně zvýšit odpor proudění vzduchu a příliš mnoho řezů snižuje pevnost žeber nebo tepelnou hmotnost.

Tabulka: Křížové řezání vs. standardní ploutve

Křížové ploutve můžete považovat za to nejlepší z obou světů - snadno se vyrábějí jako rovné ploutve, ale výkonem se blíží kolíkovým ploutvím.

Závěr

Různé struktury chladičů nabízejí různé tepelné výhody. Svou roli hrají pin-fins, tepelné trubice, příčné řezy a kompaktní žebra. Výběr té správné závisí na proudění vzduchu, prostoru a tepelné zátěži.