Mikä on jäähdytyselementti?

Lämpö on vakava ongelma elektroniikassa. Ilman asianmukaista hallintaa se voi vahingoittaa osia ja heikentää suorituskykyä. Siksi jäähdytyselementillä on niin suuri merkitys.

Jäähdytyselementti on metallipala, joka auttaa poistamaan lämpöä laitteesta imemällä ja levittämällä sitä pois kriittisistä komponenteista.

Monissa projekteissa olen nähnyt ylikuumenemisen muuttavan hyvän suunnittelun huonoksi tuotteeksi. Siksi suosittelen aina ottamaan lämmönhallinnan vakavasti.

Mitä jäähdytyselementti tekee?

Lämpökertymä voi pilata elektroniikan. Ilman apua osat, kuten suorittimet, näytönohjaimet ja tehosirut, voivat ylikuumentua nopeasti. Oikea jäähdytyselementti estää sen.

Jäähdytyselementti siirtää lämmön pois herkistä osista ja siirtää sen ilmaan, jolloin järjestelmä pysyy viileänä ja vakaana.

Toimintatapa on melko yksinkertainen. Kun siru tuottaa lämpöä, jäähdytyselementti¹ koskettaa sitä suoraan. Lämpö virtaa pesualtaan metallirunkoon, koska metallit kuten alumiini ja kupari² kantavat hyvin lämpöä. Pesualtaan suuren pinta-alan ansiosta ilma kuljettaa lämmön pois.

Tässä on yksinkertainen taulukko, josta käy ilmi, miten eri materiaalit vaikuttavat jäähdytyselementin suorituskykyyn:

Hyvä suunnittelu alkaa aina materiaalivalinnoilla. Jos painolla on merkitystä, valitsen alumiinin. Jos suorituskyky on tärkein tavoite, saatan valita kuparin lisäkustannuksista huolimatta.

Toinen keskeinen tekijä on muoto. Evät, nastat ja levyt lisäävät kaikki pinta-alaa. Suurempi pinta-ala tarkoittaa parempaa jäähdytystä. Joskus ehdotan jopa ilmavirran lisäämistä tuulettimella erittäin kuumissa järjestelmissä.

Mitkä ovat 2 erilaista jäähdytyselementtiä?

Jotkin laitteet tarvitsevat jäähdytystä, mutta niiden sisällä ei ole tuuletinta. Toiset tarvitsevat pakotettua ilmavirtaa. Oikean tyypin valinnalla on suuri merkitys.

Kaksi pääasiallista jäähdytyslevytyyppiä ovat passiiviset ja aktiiviset jäähdytyslevyt. Passiiviset jäähdyttimet perustuvat luonnolliseen ilmavirtaan, kun taas aktiiviset jäähdyttimet käyttävät tuulettimia jäähdytyksen tehostamiseen.

Jaetaan ne selkeästi:

Passiiviset jäähdytyselementit

Passiiviset jäähdytyselementit käyttävät ainoastaan luonnollista konvektiota. Niissä ei ole liikkuvia osia. Ilma nousee luonnollisesti ylöspäin kuumentuessaan ja vetää lämmön pois jäähdytyselementistä. Tämä menetelmä on äänetön, eikä se tarvitse virtaa. Suosittelen sitä usein pieniin laitteisiin tai tuulettimettomiin malleihin.

Aktiiviset jäähdytyselementit

Aktiiviset jäähdytyselementit lisäävät tuulettimen. Tuuletin työntää ilmaa jäähdytyselementin poikki, mikä nopeuttaa lämmön poistumista. Tämä asetus on yleinen tietokoneissa, palvelimissa ja tehokkaassa elektroniikassa. Vaikka se jäähdyttää paremmin, se tarvitsee myös lisää tehoa ja voi kulua ajan myötä.

Tässä on nopea taulukko niiden vertailua varten:

Valinta näiden kahden välillä riippuu aina projektista. Jos asiakas tarvitsee hiljaisen laitteen, passiivinen on parempi. Jos teho on tärkeämpi kuin hiljaisuus, aktiivinen voittaa.

Mitä eroa on tuulettimen ja jäähdytyselementin välillä?

Monet ihmiset sekoittavat keskenään tuulettimet ja jäähdytyslevyt. Molemmat auttavat jäähdytyksessä, mutta eri tavoin.

Tuuletin liikuttaa ilmaa, jotta lämpö kulkeutuisi nopeammin pois; jäähdytyselementti varastoi ja levittää lämpöä, jotta ilma pääsee poistamaan sen helpommin.

Tässä on syvällisempi tarkastelu:

A jäähdytyselementti³ on passiivinen osa. Se istuu kuuman komponentin, kuten suorittimen tai tehotransistorin, päällä. Se imee lämpöä ja levittää sen laajalle pinnalle. Näin se antaa ilman, jopa hitaasti liikkuvan ilman, viedä lämmön pois.

Tuuletin taas on aktiivinen osa. Se siirtää ilmaa jäähdytyselementin tai koko kotelon yli. Nopeampi ilmavirta lisää jäähdytystä. Tuuletin ei kuitenkaan yksinään voi korvata jäähdytyselementtiä, koska ilman lämpökapasiteetti on huono metalliin verrattuna.

Kun suunnittelen järjestelmiä, käytän usein molempia. Jäähdytyselementti tarttuu lämpöön ja pitää sen paikoillaan. tuuletin⁴ poistaa sen nopeasti.

Tarvitseeko prosessori jäähdytyselementin?

Nykyaikaiset suorittimet ovat erittäin tehokkaita. Ne suorittavat miljardeja laskutoimituksia joka sekunti. Niin paljon työtä tuottaa paljon lämpöä.

Kyllä, a CPU tarvitsee jäähdytyselementin⁵ ilman sitä suorittimen ylikuumeneminen voi johtaa prosessorin sammumiseen tai jopa vahingoittumiseen.

Selitän hieman lisää.

Suoritin ilman jäähdytyselementtiä nousee nopeasti yli turvallisten lämpötilojen. Useimmissa suorittimissa on sisäänrakennettu suojaus, joka hidastaa niitä (terminen kuristus⁶) tai sammuta ne, jos ne kuumenevat liikaa. Pelkästään näiden suojausten varassa oleminen on kuitenkin vaarallista.

Kun rakennan järjestelmiä, aloitan aina valitsemalla hyvän jäähdytyselementin suorittimelle. Joissakin suorittimissa on vakiovarusteena jäähdytyslevy, mutta suorituskykyisiin malleihin suosittelen usein parempia jäähdytyslevyjä.

CPU-jäähdytysratkaisuja on jopa erityyppisiä:

• Ilman jäähdyttimet: Perinteinen jäähdytyselementti + tuuletin.
• Nestejäähdyttimet: Vesipohjaiset järjestelmät, jotka siirtävät lämpöä vielä nopeammin.
• Passiiviset jäähdyttimet: Harvinainen suorittimissa, mutta mahdollinen erittäin pienitehoisissa siruissa.

Jokaisella menetelmällä on oma paras käyttötapauksensa. Esimerkiksi pelilaitteisto tarvitsee aktiivista jäähdytystä, ehkä jopa nestejäähdytystä. Pieni sulautettu ohjain saattaa selvitä passiivisella jäähdytyksellä.

Tässä on yksinkertainen päätöstaulukko, jota käytän usein:

Lyhyesti sanottuna prosessori ilman jäähdytyselementtiä on kuin auton moottori ilman jäähdytintä. Se saattaa toimia muutaman minuutin ajan, mutta se ei kestä.

Päätelmä

Jäähdytyselementti ei ole vain pala metallia. Se on elintärkeä osa nykyaikaisten laitteiden turvallisuutta, vakautta ja tehoa.