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Überhitzung ist problematisch für Ihre Geräte; Aus diesem Grund ist die Wärmeabfuhr unerlässlich, um die Temperatur von elektronischen Geräten oder ähnlichen Wärmequellen zu kontrollieren.
Kühlkörper werden in elektronischen Geräten verwendet, um Wärmeenergie an die Umgebung abzugeben und Ihre Geräte zu kühlen. Aber was genau ist ein Kühlkörper und wie funktioniert er?
Wie Wärme in elektronischen Geräten und Systemen erzeugt wird
In der modernen Zeit sind wir von elektronischen Systemen und Geräten umgeben. Von einem Mikroprozessorchip bis zu einer Basis-Sende-/Empfangsstation (BTS) für mobile Kommunikationssysteme benötigen elektronische Produkte elektrische Energie, um zu funktionieren.
Während ein Teil dieser Energie für den Betrieb des Geräts verwendet wird, wird der Rest (abhängig von der Effizienz des Geräts) meist in Form von Wärme abgeführt.
Aufgrund der Miniaturisierung von Geräten können elektronische Geräte jedoch keine Wärme speichern und müssen diese Wärmeenergie in die Umgebung abgeben. Zu diesem Zweck werden häufig Kühlkörper verwendet.
Was ist ein Kühlkörper?
Ein Kühlkörper ist ein Teil, das an einem heißen elektronischen Gerät angebracht wird, um dessen Wärme durch Wärmeleitung zu absorbieren und diese Energie dann durch Konvektion und Strahlung an die Umgebung abzugeben. Eine übliche Struktur eines Kühlkörpers ist wie unten gezeigt:
Elektronische Geräte sind so konzipiert, dass eine minimale Schnittstelle und wärmeleitende Materialien werden verwendet, um eine wärmeerzeugende Quelle und einen Kühlkörper so zu verbinden, dass sich keine Wärme im Inneren ansammeln kann Gerät. Kühlkörper sind so konzipiert, dass sie einen Pfad mit niedrigem Wärmewiderstand zu Geräten zur Wärmeabfuhr bieten.
Kühlkörpermechanismus
Kühlkörper bestehen aus wärmeleitenden Materialien, am häufigsten aus Aluminium (Wärmeleitfähigkeit: 237 W/m·K). Aluminium ist im Vergleich zu anderen wärmeleitenden Materialien wie Silber und Gold ein kostengünstiges Metall.
Die Wärme eines relativ kleinen Elektronikgehäuses wird durch Wärmeleitung von einer flachen Metallplatte absorbiert. Die Überleitung wird oft durch die Anwendung von a erleichtert Wärmeleitpaste zwischen dem Außengehäuse des elektronischen Geräts und dem Kühlkörper. Dadurch wird ein ordnungsgemäßer physischer Kontakt mit einer hochwärmeleitfähigen Paste sichergestellt.
Die Wärme von einem relativ kleineren Elektronikgehäuse soll sich durch Wärmeleitung auf der größeren Kühlkörperoberfläche ausbreiten.
Wärmeenergie leidet jedoch unter einem sich ausbreitenden Wärmewiderstand, wenn ein kleinerer Oberflächenbereich der Wärmequelle in physischen Kontakt mit einem größeren Oberflächenbereich der Wärmesenke kommt. Deshalb ist es wichtig, den Ausbreitungswiderstand durch die Wahl der geeigneten Kontaktdicke der Grundplatte des Kühlkörpers zu kontrollieren.
Ein Kühlkörper mit minimalem Ausbreitungswiderstand sorgt dafür, dass die Wärme nahezu gleichmäßig auf Bodenplatte und Lamellen verteilt wird. Somit wird der Oberflächenbereich des Kühlkörpers effizient genutzt. Die Berechnung des Ausbreitungswiderstands ist jedoch nicht Gegenstand dieses Artikels.
Auf der anderen Seite der Grundplatte des Kühlkörpers werden viele Metallrippen verwendet, um eine vergrößerte Oberfläche für die Wärmekonvektion bereitzustellen. Die Rippen werden nicht zu dicht beieinander platziert, da dies die Fähigkeit des Fluids, d. h. der Luft, in den meisten Fällen behindern kann, frei zwischen den Rippen zu strömen, um Wärme abzuleiten.
Natürlich vs. Zwangskühlung
Die gleichmäßig verteilte Wärme an der Basis des Kühlkörpers nutzt die gesamte von den Rippen bereitgestellte Oberfläche, um Wärme entweder durch natürliche Konvektion oder erzwungene Luftkonvektion an die Umgebungsluft abzugeben.
Natürliche Konvektion ist ein Prozess, bei dem die Umgebungsluft die Wärmeenergie von den Kühlrippen abführt, indem der natürliche Flüssigkeitsstrom verwendet wird, d. h. kein Druck durch eine externe Quelle ausgeübt wird. Bei diesem Prozess ist der Fluss oder die Geschwindigkeit von Flüssigkeitsmolekülen langsam.
Bei der erzwungenen Konvektionsmethode für den Wärmeaustausch wird ein Gebläse oder Lüfter verwendet, um die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstroms durch die Oberfläche auf den Rippen des Kühlkörpers zu erhöhen. Entweder ein DC- oder PWM-Lüfter kann verwendet werden.
Der erhöhte Luftstrom führt dazu, dass mehr Wärme vom Kühlkörper abgeführt wird. Normalerweise wird erzwungene Konvektion in Fällen verwendet, in denen viel Wärmeleistung abgeführt werden muss oder in einem Design ein kleinerer Kühlkörper vorgeschrieben ist.
Neben der Konvektion ist auch die Wärmestrahlung vom Kühlkörper sehr hilfreich, um Wärme vom Kühlkörper abzuführen. Üblicherweise sind Kühlkörper schwarz eingefärbt, was ihre Wärmeabstrahlfähigkeit erhöht.
Kühlkörper halten Ihre Geräte kühl und am Laufen
Ein Kühlkörper ist ein unverzichtbares Gerät für den zuverlässigen Betrieb eines elektronischen Geräts. Ohne sie funktionieren unsere fortschrittlichen Smartphones, Hochleistungscomputer und sogar LED-Leuchten aufgrund von Überhitzung nicht wie vorgesehen.