При работе любого механизма его компоненты нагреваются. С возрастанием мощности возрастает и температура нагрева и, иногда, она становится такой, что без дополнительного отвода тепла не обойтись. Что бы отвести тепло от устройства и таким образом снизить его температуру применяют охладители, или как их еще называют – радиаторы.
Охлаждение электронных компонентов подразделяют на два вида – принудительное и естественное. При естественно охлаждении количество тепла, которое рассеивает сам элемент или его радиатор, достаточно, для нормальной работы оборудования. При принудительном охлаждении, установки охладителя недостаточно или его размер не может быть увеличен ввиду габаритных требований к изделию. Для принудительного охлаждения могут использовать вентиляторы, для более быстрой циркуляции воздуха:
Или же жидкостное (масло специальное или вода)
Также существуют способы отведения тепла, такие как кондукция, конвекция, комбинация этих способов.
Конвекцией называют теплообмен, при котором охладитель или корпус компонента отдают тепло более холодному окружающему воздуху, а его нагретые массы поднимаются вверх. Данный процесс будет интенсивнее в случае большей разности температур окружающего воздуха и компонента, более высокой скорости циркуляции охлаждающего вещества (воздух, жидкость), эффективности самого радиатора, ориентации в пространстве.
Кондукция – передача тепла через конструктивные элементы устройства. Через боковины, пластины и стенки происходит теплообмен.
Передача энергии от электронного компонента в окружающую среду путем распространения волн называют излучением. Интенсивность такого излучения зависит от степени черноты охладителя. Лучшее излучение энергии и наибольшую степень черноты (порядка 0,92 – 0,98) имеют темненные и темные матовые поверхности. Пожалуй, самыми плохими для обмена путем излучения будут полированные и светлые поверхности (степень черноты 0,04 – 0,08).
Радиаторы или охладители (что в принципе одно и то же) могут самые разнообразные формы и конструкции:
Наиболее распространенными являются радиаторы типа «краб», жалюзийные, пластинчатые, ребристые, игольчатые. Также необходимо помнить то, что габаритные размеры радиатора не прямо пропорциональны его эффективности. Иногда охладитель небольшого размера куда эффективнее крупногабаритного, а иногда и наоборот.
Для того чтоб система охлаждения имела наибольшую эффективность необходимо помнить и соблюдать несколько правил:
- Для распространения тепла к самым дальним участкам теплоотвода плита, к которой прикреплен электронный элемент, должна быть достаточно толстой;
- Сопротивление тепловое между теплоотводящим элементом и устройством должно быть минимальным. Для этого используют специальные термопасты типа КПТ-8. Также между элементом и радиатором не должно быть отверстий, компонент должен плотно прилегать к охладителю;
- Крепеж электронного устройства на радиатор должен быть осуществлен в том месте, где распространения тепла по теплоотводу будет равномерным;
- Параллельно воздушному потоку необходимо расположить ребра радиаторов;
- Не забываем о цвете и покрытии. Как упоминалось выше, для наиболее лучшего теплоотвода охладитель должен быть темным матовым или черным. Чтоб выполнить эти условия металл либо покрывают лаком соответствующего цвета, либо красят;
Как правило, один тип передачи энергии нагрева элементов встречается крайне редко. Для большего эффекта используют комбинированные виды теплообмена (очень часто все три вида обмена). При этом суммарный теплоотводящий поток будет равен сумме потоков от используемых способов теплообмена (излучение, конвекции или кондукции).
