Kühlkörper:Detaillierte Informationen zu Kühlkörpern

Die beliebteste Form des Wärmemanagements in modernen Maschinen und Technologien ist die Verwendung eines Kühlkörpers. Kühlkörper haben sich als erschwingliche und dennoch sehr effektive elektronische Geräte erwiesen. Trotz ihrer beeindruckenden Funktionen neigen die meisten Ingenieure jedoch dazu, die Verwendung dieser Komponente zur Vermeidung von Verlustleistung zu übersehen.

In diesem Artikel wird erläutert, wie der Kühlkörper funktioniert, und es werden die beiden Arten von Kühlkörpern vorgestellt.

Was ist ein Kühlkörper?

Ein Kühlkörper ist eine elektronische Komponente, die verhindert, dass Komponenten auf einer Leiterplatte aufgrund einer erhöhten Wärmekapazität braten. Es besteht aus Kühlplatten aus Materialien mit guter Wärmeleitfähigkeit.

Im Allgemeinen erhöhen seine Komponenten und leiten den Wärmestrom von einem heißen Gerät weg, indem sie dessen Arbeitsbereich erweitern. Danach dehnt es die Flüssigkeit aus, die über den erweiterten Bereich fließt, wodurch die Wärmeableitungsrate erhöht wird.

(ein Computerkühlkörper)

Wie funktioniert der Kühlkörper?

Ein doppelseitiger Kühlkörper arbeitet, indem er Wärme von einer wichtigen Komponente in der Kühlkörperverbindung ableitet. Abhängig von den Kühlkörperkonfigurationen besteht der Betrieb insbesondere aus vier grundlegenden Schritten.

• Wenn die Quelle Wärme erzeugt

Eine Quelle ist in diesem Fall ein elektronisches System, das Wärme erzeugt. Daher muss diese Wärme das System effizient funktionieren lassen. Verwenden Sie daher einen Wärmeverteiler und eine Wärmeleitpaste, um die Wärmeübertragungseffizienz zu erhöhen. Ein Wärmeverteiler leitet Wärme von einem konzentrierten Bereich zum Kühlkörper.

(ein passiver Wärmesenkentauscher.)

• Wenn Sie Wärme weiter von den Wärmequellen entfernen müssen

Verwenden Sie zur Durchführung dieses Prozesses in erster Linie Heatpipes. Stellen Sie jedoch bei direktem Kontakt mit elektrischen Komponenten, die Wärme erzeugen, sicher, dass Sie einen Kühlkörper oder Wärmeverteiler anschließen.

Die von diesen elektrischen Komponenten erzeugte Wärme wandert schließlich in oder um die Wärmeleitpaste herum. Danach leitet der Kühlkörper die Wärme durch natürliche Wärmeleitung weiter von der Wärmequelle weg.

Der natürliche Wärmeleitungsprozess kann jedoch nur dann effizient sein, wenn die Materialien des Kühlkörpers gut wärmeleitend sind. Daher werden Aluminium und Kupfer häufig verwendet, um die Kühlkörperleistung zu verbessern.

(Wärmepaste auf den Kühlkörper auftragen)

Wenn sich die Wärme überall ausbreitet, sinkt der Kühlkörper

Durch natürliche Leitung wandert erzeugte Wärme auf natürliche Weise über einen Temperaturgradienten. Daher verlässt diese Wärme einen Bereich mit hohen Temperaturen zu niedrigeren Temperaturen.

• Wenn sich Wärme vom Kühlkörper wegbewegt

Insbesondere hängt dieser Schritt von der vorhandenen Flüssigkeit und dem Temperaturgradienten des Kühlkörpers ab. Wenn das Fluid beispielsweise über die Oberfläche strömt, nutzt es Konvektion und thermische Diffusion. Als Ergebnis tragen diese beiden Prozesse dazu bei, Wärme an eine Umgebung abzuführen. Dann trägt der Temperaturgradient dazu bei, die Wärme weiter von der Oberfläche wegzuleiten.

Die Umgebungslufttemperatur muss jederzeit kühler sein als der Kühlkörper. Wenn nicht, findet keine Konvektion oder kein thermischer Gradient statt. Dieser Schritt nutzt die Oberfläche. Folglich erzeugt eine größere Oberfläche Konvektion und thermische Diffusion.

(eine Nahaufnahme einer bedruckten Leiterplatte mit einem Aluminiumkühlkörper)

Kühlkörpertyp

• Passive Kühlkörper

Diese Geräte sind stark auf natürliche Konvektion angewiesen. Natürliche Konvektion tritt jedoch nur auf, wenn ein aktiver Luftstrom im System vorhanden ist. Der Kühlkörper benötigt keine Steuerungssysteme oder ein externes Stromversorgungssystem, um die heiße Luft abzuleiten.

Normalerweise haben Systemgeräte nicht immer einen Luftstrom. Daher hat dieser Kühlkörper eine geringere Wärmeleistung als ein aktiver Kühlkörper, insbesondere wenn das Gerät übermäßige Wärme abgibt, die abgeführt werden muss, aber keinen Luftstrom hat.

• Aktiver Kühlkörper

Dieser Kühlkörper nutzt externe Kühlbedingungen, um den Flüssigkeitsfluss über die heiße Oberfläche in elektronischen Systemen zu erhöhen. Wenn sich beispielsweise ein Lüfter dreht, schickt er Luft über einen Kühlkörper aus Aluminiumschaum. Dadurch wird die nicht erhitzte Luft gezwungen, über die Oberfläche zu strömen. Daher erhöht es den thermischen Gradienten und sorgt für eine effiziente Kühlung, indem mehr Wärme das System verlassen kann.

(ein Computerkühlkörper aus Aluminium)

Was ist der effizienteste Kühlkörper?

Am häufigsten wird ein Kühlkörper mit planaren Rippen aus Aluminium oder einem Aluminiumsubstrat verwendet. Aluminium hat Eigenschaften, die es im Vergleich zu Kupferplatten oder silbernen Kühlkörpern zur besten Wahl machen. Zu diesen Funktionen gehören; einfache Verformbarkeit, erschwinglich, korrosions- und elektrisch beständig, hervorragende thermische und elektrische Leitfähigkeit und weniger Gewicht.

(CPU-Kühlkörper aus Aluminium.)

Eine kurze Einführung in das Aluminiumsubstrat.

Ein Aluminiumsubstrat ist einfach eine Aluminiumlegierung. Obwohl Aluminium ohne Beschichtung eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit aufweist, bieten Schichten manchmal zusätzlichen Schutz in ausgewählten thermischen Umgebungen. Darüber hinaus verbessert die Beschichtung von Aluminium mit fortschrittlichen Materialien wie Silber seine Wärmeleitfähigkeit und Ästhetik. Daher ist es für elektronische Systeme mit viel Wärmekapazität von entscheidender Bedeutung.

(Bild zeigt sowohl Aluminium- als auch Kupferkühlkörper.)

Verwendung eines Aluminiumkühlkörpers

• Robotergehäuse aus Aluminium

Ein Roboterchassis enthält alle elektrischen Komponenten, die der Roboter benötigt. Daher müssen alle diese Komponenten so leicht wie möglich sein. Insbesondere eine Batterie, die den Roboter antreibt und Wärme zwischen den Komponenten in den elektrischen Konstruktionsdetails erzeugt. Um die Hitze abzuschwächen, benötigen Sie daher einen Kühlkörper.

• Himbeer-Pi

Ein Raspberry Pi funktioniert unter normalen Bedingungen aufgrund der Softwaredrosselung, die alles unter sicheren Arbeitstemperaturen hält, gut. Dies ist natürlich ohne Einbeziehung der Kühlkörperleistung. Wenn Sie jedoch übertakten oder benutzerdefinierte Software integrieren, ist ein hochwertiger Kühlkörper für den Stromkreis erforderlich.

Üblicherweise führt das Übertakten zu einem Leistungsverlust des Geräts, der durch Wärmeableitung verursacht wird. Daher hilft die Platzierung eines Kühlkörpers über oder in der Nähe der elektronischen Komponente, die übermäßige Wärme erzeugt, die Drosselung zu reduzieren.

(Nahaufnahme eines Kupferkühlkörpers)

Zusammenfassung

Ein Kühlkörper hat hervorragende Eigenschaften, die ihn zu einem benutzerfreundlichen, zuverlässigen elektronischen Bauteil machen. Wir hoffen, dass in diesem Artikel alles behandelt wurde, was Sie über einen Kühlkörper wissen müssen.

Wenn Sie mehr erfahren möchten, kontaktieren Sie uns!