Tản nhiệt là gì và nó hoạt động như thế nào?

Quá nóng là vấn đề đối với các thiết bị của bạn; đó là lý do tại sao loại bỏ nhiệt là rất quan trọng để kiểm soát nhiệt độ của các thiết bị điện tử hoặc các nguồn nhiệt tương tự.

Tản nhiệt được sử dụng trong các thiết bị điện tử để tản nhiệt năng ra môi trường và làm mát các thiết bị của bạn. Nhưng chính xác thì tản nhiệt là gì và nó hoạt động như thế nào?

Nhiệt được tạo ra như thế nào trong các thiết bị & hệ thống điện tử

Trong thời kỳ hiện đại, chúng ta được bao quanh bởi các hệ thống điện tử và tiện ích. Từ một chip vi xử lý đến một trạm thu phát sóng (BTS) cho hệ thống thông tin di động, các sản phẩm điện tử đều cần nguồn điện để hoạt động.

Trong khi một phần năng lượng được sử dụng để vận hành thiết bị, phần còn lại sẽ bị tiêu tán (tùy thuộc vào hiệu suất của thiết bị), chủ yếu ở dạng nhiệt.

Tuy nhiên, do sự thu nhỏ của các thiết bị, các thiết bị điện tử không thể tích nhiệt và cần phải giải nhiệt năng lượng này ra môi trường. Với mục đích này, người ta thường sử dụng tản nhiệt.

Tản nhiệt là gì?

Tản nhiệt là một bộ phận được áp dụng cho một thiết bị điện tử nóng để hấp thụ nhiệt của nó thông qua dẫn và sau đó ném năng lượng này ra môi trường xung quanh thông qua đối lưu và bức xạ. Cấu tạo chung của tản nhiệt như hình dưới đây:

Các thiết bị điện tử được thiết kế theo cách mà một giao diện tối thiểu và các vật liệu dẫn nhiệt được sử dụng để kết nối nguồn sinh nhiệt và bộ tản nhiệt để nhiệt không thể tích tụ bên trong thiết bị. Tản nhiệt được thiết kế theo cách để cung cấp một đường dẫn điện trở nhiệt thấp đến các thiết bị để loại bỏ nhiệt.

Cơ chế tản nhiệt

Tản nhiệt được làm bằng vật liệu dẫn nhiệt, phổ biến nhất là Nhôm (độ dẫn nhiệt: 237 W / m K). Nhôm là kim loại có giá thành thấp so với các vật liệu dẫn nhiệt khác như bạc và vàng.

Nhiệt từ một vỏ điện tử tương đối nhỏ được hấp thụ bởi một tấm kim loại phẳng thông qua sự dẫn điện. Việc dẫn điện thường được tạo thuận lợi bằng cách dán một lớp keo tản nhiệt giữa vỏ ngoài của thiết bị điện tử và bộ tản nhiệt. Điều này đảm bảo tiếp xúc vật lý thích hợp với keo dán có tính dẫn nhiệt cao.

Nhiệt từ một vỏ điện tử tương đối nhỏ hơn có nghĩa là lan truyền trên bề mặt tản nhiệt lớn hơn thông qua sự dẫn truyền.

Tuy nhiên, nhiệt năng chịu một lực cản nhiệt lan truyền khi diện tích bề mặt nhỏ hơn của nguồn nhiệt tiếp xúc vật lý với diện tích bề mặt lớn hơn của tản nhiệt. Đó là lý do tại sao điều quan trọng là phải kiểm soát lực cản lan truyền bằng cách chọn độ dày tiếp xúc phù hợp của tấm đế tản nhiệt.

Một bộ tản nhiệt với lực cản lan truyền tối thiểu đảm bảo rằng nhiệt được phân bổ gần như đồng đều trên tấm đế và cánh tản nhiệt. Nhờ đó, diện tích bề mặt của tản nhiệt được tận dụng một cách hiệu quả. Tuy nhiên, việc tính toán lực cản lan rộng nằm ngoài phạm vi của bài viết này.

Ở phía bên kia của tấm đế tản nhiệt, nhiều cánh tản nhiệt bằng kim loại được sử dụng để tăng diện tích bề mặt cho quá trình đối lưu nhiệt của nhiệt. Các cánh tản nhiệt không được đặt quá gần nhau vì điều này có thể cản trở khả năng của chất lỏng, tức là không khí, trong hầu hết các trường hợp, lưu thông tự do giữa các cánh tản nhiệt để tản nhiệt.

Làm mát tự nhiên và cưỡng bức

Nhiệt lan tỏa đều ở đế tản nhiệt tận dụng toàn bộ diện tích bề mặt được cung cấp bởi các cánh tản nhiệt để tỏa nhiệt vào không khí xung quanh bằng cách sử dụng đối lưu tự nhiên hoặc đối lưu không khí cưỡng bức.

Đối lưu tự nhiên là một quá trình trong đó không khí xung quanh mang năng lượng nhiệt từ các cánh tản nhiệt bằng cách sử dụng dòng chảy tự nhiên của chất lỏng, tức là không tạo áp suất thông qua một nguồn bên ngoài. Trong quá trình này, dòng chảy hoặc tốc độ của các phân tử chất lỏng là chậm.

Trong phương pháp đối lưu cưỡng bức để trao đổi nhiệt, người ta sử dụng quạt gió hoặc quạt gió để tăng tốc độ của dòng chất lỏng qua bề mặt trên các cánh tản nhiệt. Có thể sử dụng quạt DC hoặc PWM.

Luồng không khí tăng lên dẫn đến nhiều nhiệt hơn được mang ra khỏi tản nhiệt. Thông thường, đối lưu cưỡng bức được sử dụng trong các trường hợp cần loại bỏ nhiều nhiệt năng hoặc thiết kế bắt buộc phải sử dụng bộ tản nhiệt nhỏ hơn.

Cùng với sự đối lưu, bức xạ nhiệt từ tản nhiệt cũng giúp ích khá nhiều trong việc thoát nhiệt ra khỏi tản nhiệt. Thông thường, tản nhiệt có màu đen, làm tăng khả năng bức xạ nhiệt của chúng.

Tản nhiệt giữ cho thiết bị của bạn luôn mát và hoạt động

Tản nhiệt là một tiện ích cần thiết cho hoạt động đáng tin cậy của một thiết bị điện tử. Nếu không có chúng, điện thoại thông minh tiên tiến, máy tính công suất cao và thậm chí cả đèn LED của chúng ta sẽ không hoạt động như dự kiến ​​do quá nóng.