Jaká je tepelná vodivost vašeho chladiče ve W/m-K?

Jste zmateni všemi tepelnými čísly ve specifikacích chladiče? Nejste jediní. Mnoho kupujících nechápe, co znamená W/m-K a proč je to důležité pro skutečné použití.

Tepelná vodivost hliníkových chladičů se obvykle pohybuje od 150 do 235 W/m-K v závislosti na slitině a zpracování.

Toto číslo však samo o sobě nevypovídá o celé situaci. Pojďme si ho rozebrat a pochopit, co skutečně ovlivňuje tepelný výkon.

Jak se testuje tepelný výkon chladiče?

Někdy si lidé myslí, že tepelný výkon je jen číslo z datasheetu. Ve skutečnosti se však pečlivě měří v kontrolovaných testovacích podmínkách.

Tepelný výkon se testuje tak, že se na základnu přivádí teplo a měří se, jak rychle se v určitém prostředí rozptyluje přes žebra.

Výrobci používají standardizované testy pro stanovení tepelného odporu a rozptylu tepla. Typický postup vypadá následovně:

Standardní nastavení testu

Výsledky testů obvykle zahrnují

• Tepelný odpor (°C/W) - nižší je lepší
• Rozptyl tepla (W) - jak velký výkon zvládne
• Teplota delta (ΔT) - rozdíl mezi základnou a okolím

Když jsem poprvé začal shánět chladiče, špatně jsem pochopil specifikaci, která říkala "tepelný odpor = 2,5 °C/W". Myslel jsem, že je to špatně. Ale u pasivního hliníkového chladiče bez ventilátoru to bylo ve své kategorii vlastně dobré.

Jaké faktory ovlivňují tepelnou vodivost chladičů?

Je snadné si myslet, že všechny hliníkové chladiče mají stejný výkon. Ale není to pravda. Na to, jak dobře teplo prochází materiálem, má vliv několik fyzikálních a konstrukčních faktorů.

Typ slitiny, mikrostruktura, povrchová úprava a případné nečistoty nebo úpravy mohou ovlivnit tepelnou vodivost chladiče.

Rozdělme si to do jasných kategorií:

Vlastnosti materiálu, které ovlivňují vodivost

Faktory návrhu a zpracování

Kdysi jsem porovnával dva chladiče vyrobené z různých hliníkových slitin. Jeden měl vodivost 230 W/m-K, druhý pouze 170. Ten nižší měl větší obsah recyklátu a nečistot, což výrazně ovlivnilo jeho chladicí výkon při zátěži.

Je vyšší W/m-K vždy lepší pro hliníkové chladiče?

Kupující se často honí za co nejvyšším číslem W/m-K v domnění, že zaručuje lepší výkon. V reálných aplikacích to však není tak jednoduché.

Vyšší W/m-K znamená rychlejší přenos tepla, ale nezaručuje lepší chlazení bez správné konstrukce, proudění vzduchu a kvality kontaktů.

Porovnejme dva hypotetické chladiče:

Srovnávací tabulka

V reálných testech si model B vedl lépe - i při nižší vodivosti - protože jeho konstrukce pomáhala při proudění vzduchu a kontaktu s povrchem.

Další klíčové faktory kromě W/m-K

• Kvalita kontaktu mezi základnou a žebrem
• Plocha povrchu (hustota žeber)
• Směr a objem proudění vzduchu
• Montážní tlak a tepelná pasta

Jeden náš zákazník přešel na vodivější chladič, ale dosáhl horších výsledků. Ukázalo se, že jejich nový díl měl méně žeber a nesouhlasil s jejich vzduchovými kanály. Vyšší W/m-K nepomohlo.

Ovlivňuje úprava povrchu hodnoty tepelné vodivosti?

Možná se vám líbí vzhled eloxovaných nebo potažených chladičů. Ale mají tyto povrchové úpravy vliv na výkon? Odpověď zní ano i ne.

Povrchové úpravy, jako je eloxování, mohou mírně snížit tepelnou vodivost na povrchu, ale mohou zlepšit přenos tepla zářením.

Jak povrchové úpravy ovlivňují tepelný tok

Proč jsou některé ošetřené dřezy výkonnější

Eloxovaná černá povrchová úprava může zlepšit vyzařování tepla, zejména v pasivním prostředí nebo v prostředí s nízkým prouděním vzduchu. To pomáhá kompenzovat malý pokles vodivosti.

Měl jsem zákazníky, kteří požadovali neanodizované dřezy v domnění, že budou efektivnější. Ale při mnoha venkovních použitích se nepovlakovaný hliník rychleji znehodnocoval v důsledku koroze, což vedlo ke špatnému dlouhodobému výkonu.

Závěr

Tepelná vodivost je užitečné číslo - ale ne jediné, na kterém záleží. Dobře navržený a správně nainstalovaný chladič s průměrnou tepelnou vodivostí může překonat špatně integrovaný chladič s vysokou tepelnou vodivostí. Podívejte se na celý systém, nejen na specifikace.