انواع سیستم خنک کننده برد الکترونیکی

سیستم های خنک کننده بردهای الکترونیکی برای دفع گرمای تولید شده توسط قطعات الکترونیکی روی بردهای مدار چاپی (PCB) طراحی شده اند تا از گرمای بیش از حد جلوگیری کنند که می تواند باعث خرابی قطعات و کاهش طول عمر عملیاتی دستگاه های الکترونیکی شود. خنک کننده برد الکترونیکی یک جنبه حیاتی در طراحی و عملکرد دستگاه الکترونیکی است. همانطور که دستگاه های الکترونیکی کوچکتر، قدرتمندتر و پیچیده تر می شوند، گرمای بیشتری تولید می کنند که می تواند منجر به کاهش عملکرد، کاهش قابلیت اطمینان و حتی خرابی دستگاه شود. سیستم های خنک کننده برد الکترونیکی برای دفع این گرما و حفظ دمای عملیاتی بهینه برای قطعات الکترونیکی طراحی شده اند. انواع مختلفی از سیستم های خنک کننده برد الکترونیکی از جمله خنک کننده هوا، خنک کننده مایع، خنک کننده ترموالکتریک و خنک کننده تغییر فاز وجود دارد که هر کدام مزایا و محدودیت های خاص خود را دارند. انتخاب سیستم خنک کننده به نیازهای خاص دستگاه الکترونیکی مانند اندازه، مصرف برق و نیازهای مدیریت حرارتی، و همچنین مبادله بین هزینه، پیچیدگی و عملکرد بستگی دارد.

انواع مختلفی از سیستم های خنک کننده برد الکترونیکی وجود دارد که عبارتند از:

انتخاب سیستم خنک کننده به نیازهای خاص دستگاه الکترونیکی مانند اندازه، مصرف برق و نیازهای مدیریت حرارتی بستگی دارد.

سیستم خنک کننده با استفاده از هوا (فن ها)

خنک کننده با هوا رایج ترین نوع سیستم خنک کننده است که برای خنک کننده برد الکترونیکی استفاده می شود. با استفاده از یک یا چند فن برای گردش هوا بر روی قطعات الکترونیکی برای دفع گرما کار می کند. سپس هوای گرم شده از طریق دریچه ها یا منافذ دیگر از دستگاه خارج می شود.

دو نوع اصلی سیستم خنک کننده با هوا وجود دارد: غیرفعال و فعال.

سیستم‌های خنک‌کننده با هوای غیرفعال برای دفع گرما تنها بر همرفت هوای طبیعی متکی هستند. این نوع خنک‌کننده معمولاً در دستگاه‌های کم مصرف یا دستگاه‌هایی با خروجی حرارت نسبتاً کمی استفاده می‌شود. سیستم های خنک کننده غیرفعال ساده و قابل اعتماد هستند، اما ظرفیت خنک کنندگی آنها محدود است.

سیستم های خنک کننده با هوای فعال از یک یا چند فن برای گردش فعال هوا بر روی قطعات الکترونیکی استفاده می کنند. این نوع خنک‌کننده مؤثرتر از خنک‌کننده غیرفعال است و معمولاً در دستگاه‌های با قدرت بالاتر یا دستگاه‌هایی با خروجی حرارت بیشتر استفاده می‌شود. سیستم‌های خنک‌کننده فعال را می‌توان با سرعت فن متغیر یا ویژگی‌های دیگر برای بهینه‌سازی عملکرد خنک‌کننده و در عین حال به حداقل رساندن نویز و مصرف انرژی طراحی کرد.

سیستم های خنک کننده با هوا دارای مزایایی نسبت به انواع دیگر سیستم های خنک کننده هستند. آنها نسبتا ساده، ارزان و قابل اعتماد هستند. آنها همچنین نیازی به تجهیزات خارجی یا زیرساخت ندارند، که آنها را به انتخاب خوبی برای بسیاری از کاربردها تبدیل می کند. با این حال، سیستم های خنک کننده هوا ممکن است برای کاربردهای با قدرت یا دمای بالا کافی نباشند و می توانند نویز و لرزش ایجاد کنند که ممکن است در برخی شرایط نامطلوب باشد.

سیستم خنک کننده با استفاده از مایعات

خنک کننده مایع نوعی سیستم خنک کننده برد الکترونیکی است که از خنک کننده مایع برای جذب و انتقال گرما از قطعات الکترونیکی استفاده می کند. خنک کننده مایع معمولاً از طریق یک سیستم حلقه بسته که شامل یک پمپ، یک رادیاتور و یک مبدل حرارتی است، گردش می کند.

در سیستم های خنک کننده مایع، خنک کننده مایع گرما را از قطعات الکترونیکی جذب می کند و سپس به مبدل حرارتی منتقل می شود، جایی که گرما به محیط اطراف پخش می شود. مایع خنک‌کننده مایع خنک‌شده سپس به قطعات الکترونیکی چرخش داده می‌شود تا گرمای بیشتری را جذب کند.

سیستم های خنک کننده مایع مزایای متعددی نسبت به سیستم های خنک کننده هوا دارند. آنها معمولاً در اتلاف گرما کارآمدتر هستند، که به آنها امکان می دهد در کاربردهای با قدرت یا دمای بالا استفاده شوند. همچنین می‌توان سیستم‌های خنک‌کننده مایع را به گونه‌ای طراحی کرد که نسبت به سیستم‌های خنک‌کننده هوا بی‌صداتر باشند، زیرا خنک‌کننده مایع نویز و لرزش را جذب می‌کند.

با این حال، سیستم های خنک کننده مایع می توانند پیچیده تر و گران تر از سیستم های خنک کننده هوا باشند. آنها به قطعات اضافی مانند پمپ، رادیاتور و لوله نیاز دارند و باید با دقت طراحی شوند تا از نشتی یا سایر خرابی ها جلوگیری شود. سیستم های خنک کننده مایع نیز برای راه اندازی پمپ نیاز به منبع تغذیه دارند که می تواند مصرف برق را افزایش داده و راندمان را کاهش دهد.

به طور کلی، خنک کننده مایع انتخاب خوبی برای کاربردهای با قدرت یا دمای بالا است که در آن خنک کننده هوا کافی نیست. با این حال، پیچیدگی اضافه شده و هزینه خنک کننده مایع باید با مزایای هر برنامه خاص سنجیده شود.

سیستم خنک کننده ترموالکتریک

خنک کننده ترموالکتریک نوعی سیستم خنک کننده برد الکترونیکی است که از یک خنک کننده ترموالکتریک (TEC) برای انتقال گرما از قطعات الکترونیکی استفاده می کند. TEC یک دستگاه حالت جامد است که از اثر پلتیه برای انتقال گرما از یک طرف دستگاه به طرف دیگر استفاده می کند.

در یک سیستم خنک کننده ترموالکتریک، TEC در یک طرف در تماس با قطعات الکترونیکی و از طرف دیگر یک هیت سینک قرار می گیرد. هنگامی که جریان الکتریکی به TEC اعمال می شود، گرما را از قطعات الکترونیکی جذب می کند و آن را به هیت سینک منتقل می کند.

سیستم های خنک کننده ترموالکتریک مزایای متعددی نسبت به انواع دیگر سیستم های خنک کننده دارند. آنها جمع و جور و سبک هستند و برای وسایل الکترونیکی کوچک یا قابل حمل مناسب هستند. آنها همچنین نیازی به قطعات متحرک ندارند، که خطر خرابی مکانیکی را کاهش می دهد و صدا و لرزش را به حداقل می رساند.

با این حال، سیستم های خنک کننده ترموالکتریک نسبت به سایر سیستم های خنک کننده کارایی کمتری دارند و معمولاً فقط در کاربردهای نسبتا کم مصرف یا دمای پایین استفاده می شوند. آنها همچنین در طرف مقابل TEC گرمای اتلاف تولید می کنند که باید توسط یک سیستم خنک کننده جداگانه دفع شود.

به طور کلی، خنک کننده ترموالکتریک انتخاب خوبی برای دستگاه های الکترونیکی کوچک یا قابل حمل است که فشردگی و قابلیت اطمینان آن مهم است، اما ممکن است برای کاربردهای با قدرت یا دمای بالاتر مناسب نباشد. انتخاب سیستم خنک کننده به نیازهای خاص دستگاه الکترونیکی و تناسب بین اندازه، کارایی و هزینه بستگی دارد.

سیستم خنک کننده لوله حرارتی

لوله های حرارتی نوعی سیستم خنک کننده غیرفعال هستند که از یک لوله فلزی توخالی مهر و موم شده برای انتقال گرما از قطعات الکترونیکی استفاده می کنند. این لوله حاوی یک سیال در حال کار است که معمولاً یک مایع با نقطه جوش کم مانند آب یا آمونیاک است که در انتهای داغ لوله تبخیر می شود و در انتهای سرد متراکم می شود و گرما را از یک سر به سر دیگر منتقل می کند.

در یک سیستم خنک کننده لوله حرارتی، لوله حرارتی معمولاً در یک طرف در تماس با قطعات الکترونیکی و در طرف دیگر یک هیت سینک قرار می گیرد. همانطور که گرما توسط قطعات الکترونیکی تولید می شود، سیال کار تبخیر می شود و به انتهای خنک لوله می رود، جایی که متراکم می شود و گرمای جذب شده را به هیت سینک آزاد می کند. سپس مایع متراکم شده از طریق عمل مویرگی به انتهای داغ لوله باز می گردد و آماده تکرار فرآیند است.

سیستم های خنک کننده لوله های حرارتی مزایای متعددی نسبت به انواع دیگر سیستم های خنک کننده دارند. آنها در انتقال حرارت بسیار کارآمد هستند، قطعات متحرک ندارند و بسیار قابل اعتماد هستند. آنها همچنین جمع و جور و سبک وزن هستند و برای وسایل الکترونیکی کوچک یا قابل حمل مناسب هستند.

با این حال، سیستم های خنک کننده لوله های حرارتی در توانایی خود برای دفع گرما محدود هستند و ممکن است برای کاربردهای با قدرت یا دمای بالا مناسب نباشند. آنها همچنین نیاز به طراحی و ساخت دقیق دارند تا از نشت یا سایر خرابی ها جلوگیری شود.

به طور کلی، خنک کننده لوله حرارتی انتخاب خوبی برای دستگاه های الکترونیکی کوچک یا قابل حمل است که فشردگی و قابلیت اطمینان آن مهم است. انتخاب سیستم خنک کننده به نیازهای خاص دستگاه الکترونیکی و تناسب بین اندازه، کارایی، بستگی دارد.

سیستم خنک کننده تغییر فاز

خنک کننده تغییر فاز نوعی سیستم خنک کننده برد الکترونیکی است که از مبرد برای جذب گرما از قطعات الکترونیکی استفاده می کند. مبرد با جذب گرما از مایع به گاز تغییر فاز می دهد و سپس دوباره به مایع متراکم می شود تا گرما را دفع کند.

در سیستم خنک کننده تغییر فاز، مبرد از طریق یک سیستم حلقه بسته که شامل یک کمپرسور، یک اواپراتور و یک کندانسور است، به گردش در می آید. اواپراتور با قطعات الکترونیکی در تماس است و با تغییر فاز مبرد از مایع به گاز، گرما را جذب می کند. سپس گاز توسط کمپرسور فشرده می شود که دمای آن را افزایش می دهد و سپس توسط کندانسور دوباره به مایع تبدیل می شود و گرمای جذب شده را به محیط اطراف آزاد می کند.

سیستم های خنک کننده تغییر فاز دارای مزایای متعددی نسبت به سایر انواع سیستم های خنک کننده هستند. آنها در دفع گرما بسیار کارآمد هستند و می توانند در کاربردهای با قدرت یا دمای بالا استفاده شوند. آنها همچنین نیازی به هیچ قطعه متحرکی در تماس مستقیم با قطعات الکترونیکی ندارند، که خطر خرابی مکانیکی را کاهش می دهد و صدا و لرزش را به حداقل می رساند.

با این حال، سیستم های خنک کننده تغییر فاز پیچیده تر و گران تر از سیستم های خنک کننده دیگر هستند. آنها به قطعات اضافی مانند کمپرسور، اواپراتور و کندانسور نیاز دارند و باید با دقت طراحی شوند تا از نشتی یا سایر خرابی ها جلوگیری شود. سیستم های خنک کننده تغییر فاز نیز برای راه اندازی کمپرسور به یک منبع تغذیه نیاز دارند که می تواند باعث افزایش مصرف برق و کاهش راندمان شود.

به طور کلی، خنک کننده تغییر فاز انتخاب خوبی برای کاربردهای با قدرت یا دمای بالا است که در آن سایر سیستم های خنک کننده کافی نیستند. با این حال، پیچیدگی و هزینه اضافه شده خنک‌کننده تغییر فاز باید با مزایای هر برنامه خاص سنجیده شود.