Alumiiniumprofiilide kasutamine elektroonika jahutuses?

Paljud elektroonilised seadmed ülekuumenevad kiiresti ja võivad rikki minna.
Alumiiniumprofiilid tagavad tõhusa soojusülekande, mis hoiab seadmed intensiivse kasutamise korral jahedana.

Õige jahutus mõjutab toote toimivust ja pikaealisust. Allpool on kirjeldatud, kuidas ekstrusioon vastab nendele nõuetele.

Millised elektroonikaseadmed saavad kasu alumiiniumprofiilidest?

Paljud kompaktseadmed kuumenevad väikestes ruumides.
Suure võimsustihedusega seadmed, nagu LED-valgustid, toiteallikad, võimendid ja arvuti riistvara, saavad alumiiniumist ekstrudeeritud jahutusradiaatorite või korpuste abil olulist jahutusefekti.

Üleminek ekstrusioonile võib vähendada soojusprobleeme ja vähendada sõltuvust ventilaatoritest.

Detailne vaade näitab, kui paljud elektroonikaseadmed sõltuvad tõhusast soojuse hajutamisest. Tugevad alumiiniumprofiilid võimaldavad soojusel väljuda. Sellised osad nagu LED-draiverid, tööstuslikud toitemoodulid, telekommunikatsiooniruuterid ja lauaarvutite graafikakaardid tekitavad kõik soojust. Kui see soojus jääb kinni, siis komponendid riknevad või lakkavad töötamast. Hea jahutus pikendab eluiga ja tagab stabiilse töökindluse.

Tüüpilised rakendused

Oma töös nägin ma väikest tööstuslikku draiverit, mis kuumenes üles ja töötas vahelduvalt. Asendasime selle lehtmetallist korpuse spetsiaalselt valmistatud ekstrudeeritud korpusega. Soojuse hajumine paranes umbes 30% võrra. Rikked lõppesid. See kinnitab, kui efektiivne võib alumiiniumist ekstrusioon elektroonikas olla.

Ekstrusiooni kasutamine on kasulik nii parandatavatele seadmetele kui ka suletud üksustele. Ekstrusioonid võivad toimida väliste jahutusradiaatoritena või saada osaks sisemisest soojusrajast. Need sobivad väikestele kastidele, riiulitele, kõrgele radiaatoritele või pikkadele latidele. See paindlikkus teeb need ideaalseks paljudele elektroonikaseadmete disainidele.

Kuidas parandavad ribide disainid soojuse hajumist?

Lühikesed tähtajad sunnivad disainereid kasutama lihtsaid korpusi.
Ekstrusioonide fin-struktuurid suurendavad pindala, parandades soojusülekannet, võimaldades suuremat õhuvoolu ja kiiremat jahutamist.

Ribid muudavad alumiiniumvardad tõhusateks passiivseteks jahutusradiaatoriteks ilma lisadetailideta.

Ribid aitavad soojust alumiiniumkorpusest õhku juhtida. Kui seade kuumeneb, liigub soojus läbi ekstrusiooni ja levib ribide piki. Suurem pindala tähendab suuremat kokkupuudet õhuga. Õhk eemaldab soojuse konvektsiooni teel, eriti kui on olemas ventilaatorite või loomuliku liikumise tekitatud õhuvool. Õige ribide vahekaugus ja kõrgus parandavad seda efekti.

Kuidas uime geomeetria mõjutab jahutamist

Uimede disaini kaalutlused

• Valige ribide vahekaugus nii, et õhk saaks vabalt liikuda. Liiga tihedalt asetsevad ribid takistavad õhuvoolu.
• Kõrgemad ribid aitavad, kui ootate sundõhku (ventilaatorid). Lühemad, tihedamad ribid sobivad passiivse jahutuse jaoks.
• Kuju on oluline. Ümarad või koonilised uimeotsad vähendavad õhutakistust.
• Ekstrusioon võimaldab valmistada pikki ribisid ühtlase ristlõikega, mis sobivad hästi pikkadele seadmetele, LED-ribadele või moodulitele.

LED-tänavavalgustite projektis kasutasime korpuse piki pikki ekstrudeeritud ribisid. Ventilaatorid olid tarbetud. Isegi kuumas kliimas jäi pind alla 60 °C. See pikendas LED-valgustite eluiga märkimisväärselt. Ribideta või lameda korpusega osad kuumenesid kiiresti üle.

Ekstrudeeritud ribid integreeruvad hõlpsasti ka teiste elementidega. Ekstrusioonvorm võib sisaldada kanaleid juhtmete paigaldamiseks, kinnituspesasid või isegi dekoratiivseid kujundeid. See välistab vajaduse lisada täiendavaid jahutusradiaatoreid. See vähendab kokkupaneku kulusid ja parandab töökindlust.

Ka materjalid on olulised. Kvaliteetse ja hea soojusjuhtivusega alumiiniumi kasutamine tagab soojuse liikumise alusest ribidesse. Halva sulami valik või halb soojusülekande kontakt vähendab ribide geomeetria eeliseid. Seetõttu on optimaalse jahutuse saavutamiseks oluline ekstrusioon ja sulami valik.

Kas ekstrusioone saab integreerida PCB-paigutustesse?

Mõned insenerid eraldavad šassii ja trükkplaadid.
Jah. Ekstrudeeritud alumiiniumosad võivad toimida nii mehaanilise korpuse kui ka soojusjuhtidena, ühendudes otse metallpadjadega või soojusjaoturitega trükkplaatidel.

See integratsioon eemaldab eraldi jahutusradiaatorid ja letterbox-raamid.

Alumiiniumprofiilide kasutamine PCB jahutamiseks tähendab, et plaat puutub kokku metallkorpuse või soojuspadjaga. Kiipidest (nt CPU, võimsusregulaatorid või LED-draiverid) pärinev soojus voolab soojusliidese materjali kaudu profiili. Metall levib soojust piki oma pikkust ja annab selle edasi õhku ribide või korpuse pindade kaudu.

Kuidas integratsioon praktikas toimib

• PCB kinnitub isoleeritud vaheosade abil. Termopadjad suruvad kiibid või MOSFET-moodulid vastu ekstrusiooni siledat pinda.
• Ekstrusioonidisain sisaldab pilusid või soonikuid juhtmete, kruvide ja ühenduste jaoks. Need omadused on algusest peale olemas vormis.
• Soojus levib alumiiniumi sees, seejärel välistele ribidele või korpuse pindadele. See välistab vajaduse spetsiaalsete jahutusradiaatorite järele, mis on kiipidele kleebitud.
• Seadmete puhul, mis vajavad varjestust, pakub alumiiniumkorpus ka EMI-kaitset.

Töötasin väikese toiteallikaga, mille plaat asus otse ekstrudeeritud korpuse alusel. Kasutasime MOSFET-massiivi all termopadjakesi. Alus jaotas soojuse ühtlaselt. Ühes otsas asuvad sisselaskeavad ja teises otsas asuvad väljalaskeavad võimaldasid õhuvoolu ribide vahel. See disain vastas soojuspiirangutele ilma ventilaatoriteta. Seade oli vaikne ja kompaktne.

Ekstrusioonid lihtsustavad ka kokkupanekut. Mitme jahutusradiaatori kinnitamise asemel paigaldavad disainerid plaadi ja klõpsavad otsakatted paika. See vähendab tööjõu- ja kulutusi. See on abiks, kui seadmed peavad olema vastupidavad: ühtne korpus on tugevam kui liimitud jahutusradiaatorid.

Mõned hoiatused on olulised. Ekstrusioonipind peab olema puhas ja tasane, et tagada hea soojusülekande kontakt. Soojuspadja või pastakvaliteet on oluline. Samuti peavad disainerid algusest peale planeerima PCB paigutuse ja korpuse geomeetria. Pärast osade paigaldamist on ümberehitamine raskem.

Kas jahutusrakendustele kehtivad suuruspiirangud?

Mõned eeldavad, et suurem on alati parem.
Ekstrudeeritud jahutusosad toimivad kõige paremini praktilistes piirides: väga väikesed osad ei pruugi piisavalt soojust hajutada; väga suured osad suurendavad kulusid ja keerukust.

Leia tasakaal suuruse, soojusväljundi ja disainipiirangute vahel.

Alumiiniumprofiilid sobivad seadmetele alates väikestest LED-draiveritest kuni suurte rack-mount seadmeteni. Kuid on ka mõned piirangud. Õhukesed jahutusribid või väga väikesed profiilid ei pruugi pakkuda piisavat pinda. Äärmiselt suured korpused muutuvad raskeks ja kulukaks. Disaini- ja tootmispiirangud on olulised.

Praktilised suurusvahemikud ja väljakutsed

Äärmuslike suurustega seotud kaalutlused

• Väikesed profiilid: ribid peavad olema õhukesed ja tihedad. See vähendab õhuvoolu ja jahutusvõimsust.
• Väga suured profiilid: paksude seinte või kõrgete ribide ekstrudeerimine suurendab kulusid ja ekstrudeerimise aega. Tööriistade maksumus tõuseb.
• Ristlõike keerukus: väga keerukate ekstrusioonide tootmine muutub raskemaks ja kallimaks.
• Kaal ja integratsioon: suured alumiiniumosad lisavad kaalu. See võib olla vastuolus kaasaskantavuse või paigalduspiirangutega.

Kogemuste põhjal sobivad lauaarvutite muundurite või LED-draiverite passiivseks jahutamiseks kõige paremini keskmise suurusega, umbes 150 mm pikkused korpused, millel on umbes 40 mm kõrgused ribid. Väiksemad seadmed vajavad sageli sundõhku. Suuremad seadmed võivad vajada konstruktsiooni tugevdamist või modulaarseid lahendusi.

Disainerid peavad seadme soojusväljundi sobitama eeldatava soojuse hajumise pinnaga. Ülemõõduline korpus raiskab materjali. Alamõõduline korpus põhjustab ülekuumenemist. Hea tootedisain algab soojusbilansist, seejärel määratakse kindlaks sellega sobiv ekstrusioonisuurus.

Kokkuvõte

Alumiiniumprofiilid ühendavad jahutuse, struktuuri ja ehituse efektiivsuse.
Need sobivad seadmetele, mis vajavad soojuse juhtimist, võimaldavad ribidel põhinevat soojuse hajutamist, on integreeritavad trükkplaatidega ja sobivad erinevate suurustega.
Valige õige suurus, ribide disain ja integratsioon, et optimeerida oma elektroonika jahutust.