Композитный радиатор часто является правильным ответом, но иногда вам нужно переместить тепло дальше или распределить его от крошечного кристалла по большой площади. Вот тут-то и приходят на помощь тепловые трубы и испарительные камеры. В этом руководстве сравниваются три технологии, показано, как они сочетаются, и дается правило принятия решения для выбора правильной.

1. Три технологии охлаждения: краткий обзор

1. Композитный радиатор — деталь из меди и алюминия, которая проводит и передает тепло в воздух. Лучше всего подходит для потоков от умеренного до высокого при доступном потоке воздуха.

2. Тепловая трубка — герметичная трубка, которая перемещает тепло на расстояние с помощью фазового перехода, а затем сбрасывает его в обычный радиатор.

3. Паровая камера — плоская пластинчатая версия тепловой трубки, которая распределяет тепло по большой площади, прежде чем оно достигнет ребер.

Все три могут появиться в одном продукте. Вопрос не в том, «что победит», а в том, «что делает какую работу».

2. Как работает композитный радиатор (и его ограничения)

А Композитный радиатор  распределяет тепло через твердую медь и отводит его через алюминиевые ребра в воздух. Его ограничение — расстояние и площадь: медь хорошо распределяет тепло на короткие расстояния, но одна маленькая горячая точка на большой пластине все равно оставляет градиент — угол остается холоднее, чем центр. Для большинства инверторных и преобразовательных нагрузок это нормально. Если горячая точка крошечная, а допустимый градиент близок к нулю, вам нужна помощь. Посмотрите наш Руководство  по проектированию правил геометрии.

3. Как тепловые трубки отводят тепло

Тепловая трубка представляет собой вакуумную трубку с рабочей жидкостью. На горячем конце жидкость испаряется, перемещается в виде пара к холодному концу, конденсируется и возвращается обратно. Конечный эффект: он передает тепло в 10–100 раз эффективнее, чем твердая медь, от сантиметров до метров, практически без перепада температуры по всей длине.

Используйте тепловую трубку, когда:

1. Источник тепла находится далеко от места, где можно разместить ребра (например, внутри герметичного корпуса, ребра снаружи).

2. Вы хотите собрать тепло из нескольких небольших источников в одну раковину.

4. Как паровые камеры распространяют тепло

Паровая камера представляет собой плоскую пластину, которая выполняет тот же трюк с фазовым переходом, но распределяет тепло в двух измерениях. Поместите его под горячую матрицу, и вся верхняя часть камеры станет почти изотермической, а затем подайте ее на ребра. Это стандартное решение для очень высоких потоков (графические процессоры, мощные модули SiC), где голый композитный сток может оставить опасную горячую точку.

5. Композит + тепловая трубка: обычный гибрид

Наиболее распространенной реальной сборкой является композитный радиатор  со встроенными или прикрепленными тепловыми трубками. Композитный корпус учитывает массу и структуру плавников; трубы переносят тепло от тесного источника к ребрам. Это проявляется в телекоммуникациях, инверторах электромобилей и накопителях энергии — везде, где мало места. Наш В руководстве по силовой электронике электромобилей  показан типичный пример.

6. Композит + паровая камера: для очень горячих точек

Когда источником является один крошечный сверхгорячий кристалл (например, силовые модули SiC или GaN), паровая камера, соединенная с набором композитных ребер, обеспечивает как распространение, так и отклонение. Камера убивает локальный градиент; композитные ребра отводят всю нагрузку в воздух при небольшом весе. Это верхний предел воздушного охлаждения, прежде чем вам придется перейти к жидкому.

7. Руководство по принятию решений: что использовать, когда

1. Поток от низкого до среднего, имеется воздушный поток →  только композитный радиатор.

2. Источник вдали от ребер или несколько источников →  добавьте тепловые трубки к композитному радиатору.

3. Крошечная сверхгорячая матрица, допускается почти нулевой градиент →  добавить испарительную камеру.

4. Экстремальная общая нагрузка, отсутствие воздушного потока →  перейти к жидкостному охлаждению (отдельная тема).

Если вы не уверены, где находится ваш дизайн, термическое моделирование  покажет вам пиковый градиент и достаточно ли простого композитного раковины.

8. Компромиссы стоимости и надежности

1. Только композит: самая низкая стоимость, самый высокий срок погашения, самая простая поставка.

2. + Тепловая трубка: умеренная стоимость, высокая надежность (нет движущихся частей), длительный срок службы.

3. + Испарительная камера: более высокая стоимость, более чувствительная к качеству изготовления, но не имеющая себе равных по распространению.

Для большинства промышленных и автомобильных программ лучше всего использовать композит + тепловая трубка. Зарезервируйте паровые камеры там, где градиент является сдерживающим фактором.

9. Заключение

Композитные радиаторы, тепловые трубки и испарительные камеры — это элементы одного и того же набора инструментов, а не конкурентов. Начните с композитного радиатора, добавьте тепловую трубку, когда появится расстояние или несколько источников, и добавьте паровую камеру, когда проблема связана с самой горячей точкой. Сопоставьте технологию с градиентом, и вы получите самый дешевый дизайн, соответствующий спецификациям.

Готовы выбрать подходящую систему охлаждения?

Сообщите нам свою пиковую мощность, размер точки доступа, воздушный поток и конверт, и Winshare Thermal смоделирует, будет ли одного композитного радиатора  достаточно или требуется тепловая трубка или паровая камера, а затем отправьте DFM обзор и предложение. На большинство запросов ответ поступает в течение двух рабочих дней. Имея более 15 лет опыта и сертификат IATF 16949, мы в больших объемах создаем эти гибриды для клиентов автомобильной и энергетической отраслей.

Часто задаваемые вопросы

Является ли тепловая трубка более надежной, чем композитный радиатор?

Оба надежны и не имеют движущихся частей. Тепловая трубка добавляет герметичный контур для жидкости, поэтому ее долговременная целостность зависит от качества сварного шва и заполнения. Выбирайте поставщика с проверенными и проверенными процессами.

Когда паровая камера является излишним?

Когда ваш источник тепла не слишком мал или допустимый температурный градиент велик. Равнина Конструкция композитного радиатора  дешевле и часто достаточна.

Могу ли я добавить тепловую трубку к существующей конструкции композитного радиатора?

Иногда, если есть трасса для труб и ребер, рассчитанная на общую нагрузку. Зачастую проще спроектировать гибрид с самого начала — попросите тепловое моделирование  , чтобы решить.