Wat is een koellichaam?

Hitte is een serieus probleem in elektronica. Zonder de juiste controle kan het onderdelen beschadigen en de prestaties verminderen. Daarom is een koellichaam zo belangrijk.

Een koellichaam is een stuk metaal dat helpt om warmte uit een apparaat te verwijderen door het te absorberen en weg te verspreiden van kritieke onderdelen.

Bij veel projecten heb ik gezien dat oververhitting een goed ontwerp in een slecht product veranderde. Daarom raad ik altijd aan om warmtebeheer serieus te nemen.

Wat doet een koellichaam?

Warmteontwikkeling kan elektronica ruïneren. Zonder hulp kunnen onderdelen zoals CPU's, GPU's en voedingschips snel oververhit raken. Het juiste koellichaam voorkomt dat.

Een koellichaam voert warmte af van gevoelige onderdelen en verplaatst deze naar de lucht, waardoor het systeem koel en stabiel blijft.

Het werkt heel eenvoudig. Wanneer een chip warmte produceert, wordt de koellichaam¹ direct aanraakt. De warmte stroomt in de metalen behuizing van de gootsteen omdat metalen zoals aluminium en koper² voeren warmte goed af. Door het grote oppervlak van de gootsteen kan lucht de warmte afvoeren.

Hier is een eenvoudige tabel die laat zien hoe verschillende materialen de prestaties van koellichamen beïnvloeden:

Een goed ontwerp begint altijd met de materiaalkeuze. Als gewicht belangrijk is, kies ik voor aluminium. Als prestaties het hoogste doel zijn, kies ik misschien voor koper, ondanks de extra kosten.

Een andere belangrijke factor is de vorm. Vinnen, pennen en platen vergroten allemaal het oppervlak. Meer oppervlakte betekent betere koeling. Soms stel ik zelfs voor om luchtstroom toe te voegen met een ventilator voor zeer hete systemen.

Wat zijn de 2 soorten koellichamen?

Sommige apparaten moeten gekoeld worden, maar hebben geen ventilator binnenin. Andere hebben een geforceerde luchtstroom nodig. Het juiste type kiezen maakt een groot verschil.

De twee belangrijkste typen koellichamen zijn passief en actief. Passieve koellichamen vertrouwen op de natuurlijke luchtstroom; actieve koellichamen gebruiken ventilatoren om de koeling te verhogen.

Laten we ze duidelijk uit elkaar halen:

Passieve koellichamen

Passieve koellichamen gebruiken alleen natuurlijke convectie. Ze hebben geen bewegende delen. De lucht stijgt op natuurlijke wijze op als het heet wordt en trekt de warmte weg van het koellichaam. Deze methode is stil en heeft geen stroom nodig. Ik raad dit vaak aan voor kleine gadgets of ontwerpen zonder ventilator.

Actieve koellichamen

Actieve koellichamen voegen een ventilator toe. De ventilator blaast lucht door het koellichaam, waardoor de warmte veel sneller wordt afgevoerd. Deze opstelling komt vaak voor in computers, servers en krachtige elektronica. Hoewel het beter koelt, heeft het ook extra stroom nodig en kan het na verloop van tijd slijten.

Hier is een snelle tabel om ze te vergelijken:

De keuze tussen deze twee hangt altijd af van het project. Als een klant een stil apparaat nodig heeft, is passief beter. Als kracht belangrijker is dan stilte, wint actief.

Wat is het verschil tussen een ventilator en een koellichaam?

Veel mensen halen ventilatoren en koellichamen door elkaar. Ze helpen allebei bij het koelen, maar op verschillende manieren.

Een ventilator verplaatst lucht om warmte sneller af te voeren; een koellichaam slaat de warmte op en verspreidt deze zodat de lucht deze gemakkelijker kan afvoeren.

Hier is een diepere kijk:

A koellichaam³ is een passief onderdeel. Het zit op een heet onderdeel zoals een CPU of een vermogenstransistor. Het absorbeert warmte en verspreidt deze over een groot oppervlak. Hierdoor kan lucht, zelfs langzaam bewegende lucht, de warmte afvoeren.

Een ventilator daarentegen is een actief onderdeel. Hij verplaatst lucht over het koellichaam of over de hele kast. Een snellere luchtstroom zorgt voor meer koeling. Maar een ventilator alleen kan een koellichaam niet vervangen omdat lucht een slechte thermische capaciteit heeft in vergelijking met metaal.

Als ik systemen ontwerp, gebruik ik vaak beide. Het koellichaam vangt de warmte op en houdt deze vast; de ventilator⁴ verwijdert het snel.

Heeft een CPU een koellichaam nodig?

Moderne CPU's zijn erg krachtig. Ze voeren elke seconde miljarden berekeningen uit. Zoveel werk produceert veel warmte.

Ja, een CPU heeft een koellichaam nodig⁵ om veilig te kunnen werken; zonder kan de CPU oververhit raken en uitschakelen of zelfs beschadigd raken.

Ik zal het nog even uitleggen.

Een CPU zonder koellichaam zal snel boven een veilige temperatuur komen. De meeste CPU's hebben een ingebouwde beveiliging die ze vertraagt (thermische smoring⁶) of ze uitschakelen als ze te heet worden. Maar alleen vertrouwen op deze beveiligingen is gevaarlijk.

Als ik systemen bouw, begin ik altijd met het kiezen van een goed koellichaam voor de CPU. Sommige CPU's worden geleverd met standaard koellichamen, maar voor krachtige modellen raad ik vaak betere aan.

Er zijn zelfs verschillende soorten CPU-koeloplossingen:

• Luchtkoelers: Traditionele koellichaam + ventilatoropstellingen.
• Vloeistofkoelers: Systemen op waterbasis die warmte nog sneller verplaatsen.
• Passieve koelers: Zeldzaam voor CPU's, maar mogelijk voor chips met ultralaag vermogen.

Elke methode heeft zijn eigen beste toepassing. Een gaminginstallatie heeft bijvoorbeeld actieve koeling nodig, misschien zelfs vloeistofkoeling. Een kleine embedded controller kan overleven met passieve koeling.

Hier is een eenvoudige beslissingstabel die ik vaak gebruik:

Kortom, een CPU zonder koellichaam is als een automotor zonder radiator. Het werkt misschien een paar minuten, maar het houdt geen stand.

Conclusie

Een koellichaam is niet zomaar een stuk metaal. Het is een essentieel onderdeel om moderne apparaten veilig, stabiel en krachtig te houden.