Hladjenje elektronskih sklopova

Maturski, seminarski i diplomski radovi iz informatike.

1 RADIJATORI (HLADNJACI)

Preko običnih spoljašnjih površina (poluprovodničkih) elemenata (dioda, tiristora, tranzistora i dr.) ne može uvek da se obezbedi neophodno hlađenje. Tako temperatura elemenata u određenim uslovima može da pređe dozvoljenu vrednost. Da se ovo ne bi desilo neophodno je povećati površinu preko koje se odaje toplota. U tu svrhu koriste se radijatori – hladnjaci. Izbor vrste radijatora vrši se na osnovu zadatog toplotnog režima, srednje snage disipacije i statičkih toplotnih parametara elemenata koji radi sa konstantnim opterećenjem.

U impulsnom radnom režimu i u trenutku uključivanja javlja se i adiabatsko zagrevanje unutrašnjih delova elemanata čija je temperatura određena i toplotnom kapacitivnošću.

Kao odvodnici toplote mogu se racionalno iskoristiti šasija i kućište elemanata. Ukoliko to nije moguće upotrebljavaju se individualni toplotni odvodnici – radijatori. Kao što je navedeno , odvođenje toplote i disipacija toplotne energije ostvaruje se na tri načina: toplotnom provodnošću, konvekcijom i zračenjem.

Ovde će biti još jednom istaknuto da :
• Toplotnom provodnošću može se odvesti snaga Pλ koja je određena relacijom:

λ
Pλ = — (T1 – T2) S (4.2.9)
Δ

gde je P – snaga toplotnog fluksa, λ- toplotna provodnost materijala, δ- dužina puta toplotnog fluksa, S – površina poporečnog preseka, T1 i T2 – temperature u presecima

• Stacionarni toplotni režim kod konstantne veličine toplotnog fluksa uspostavlja se
tek nakon izvesnog vremena. Sa površine elemenata ili radijatora toplota se odvodi konvekcijom i zračenjem.

• Konvekcijom se predaja toplote ostvaruje samo u gasovima i tečnostima.Konvekcija može da bude prirodna i prinudna. Snaga koja se prenosi
konvekcijom određuje se relacijom:

Pk = αk S ( T – Ta )
gde je αk - koeficijent prenosa toplote konvekcijom, S – površina preko koje se vrši
toplotna razmena, T – temperatura površine, Ta – temperatura okolne sredine ( u °C).

• Zračenjem se predaje količina energije, koja je srazmerna četvrtom stepenu
apsolutne temperature tela:
Pkr = f ε σ (Ts
4 – Ta
4) S (4.2.11)
gde je f - koeficijent glatkosti (konfiguracije) površine (f≤1), ε – stepen crnoće površine
(ε<1) ; (za apsolutno crno telo ε = 1 ) i σ = 0,579 • 10-11 W/cm2 K4 – Stefan-Bolcmanova
konstanta, T – apsolutna temperatura, indeksi s – površina koja zrači , a – ambijentokolina.
• Količina toplote koju zrači površina S1 na površinu S2 ili u okolnu sredinu može
se zapisati približno kao :

Pr12 = αr (T1 – T2) S1
gde je αr – svedeni koeficijent prenosa toplote zračenjem:

T1 + T2
α12 ≡ αr ≈ 4 • f σ ε ———
gde su T1 i T2 - temperature na površinama 1 i 2 ( u K ).
• Tako će ukupni koeficijenti prenosa toplote α uključiti u sebe i koeficijent konvekcije αk i koeficijent zračenja αr :

α = αk + αr (4.2.14)

• Pomoću prirodnog hlađenja radijatora može se odvoditi nekoliko puta veća snaga nego kod prinudnog hlađenja.Ako se umesto vazduhom hlađenje vrši vodom,sa radijatora se može odvesti desetak puta veća količina toplote.

1.1 Analogija između električnih i toplotnih veličina

Analiza toplotnih procesa najjednostavnije se ostvaruje pomoću analogije između električnih i toplotnih veličina. Toplotni fluks u jedinici vremena usled temperaturne razlike između dve tačke analogan je električnoj struji, koja teče pod dejstvom razlike potencijala. U tabeli 4.2.1. date su toplotne veličine i njihove analogne električne veličine:

Sadržaj
1 RADIJATORI (HLADNJACI) 2
1.1 Analogija između električnih i toplotnih veličina 3
1.2 Projektovanje radijatora 6
2 Primer Radijator hladnjaka kod novijih generacija uredjaja 8
3 Hlađenje čipova jonskim vetrom 8
4 ZAKLJUČAK 10
5 LITERATURA 11