Bộ tản nhiệt là một thiết bị điện tử được làm bằng vật liệu dẫn nhiệt tốt và thường được gắn vào một thiết bị điện tử để tản nhiệt không mong muốn. Nó được sử dụng để làm mát các thành phần mạch bằng cách tản nhiệt dư thừa để tránh quá nhiệt, hỏng hóc sớm và tăng độ tin cậy và hiệu suất của thành phần.
Hoạt động của bộ tản nhiệt dựa trên định luật nhiệt Fourier. Bất cứ khi nào có một gradient nhiệt độ trong một vật thể, nhiệt sẽ được truyền từ nơi có nhiệt độ cao hơn đến nơi có nhiệt độ thấp hơn. Ba cách truyền nhiệt khác nhau là bức xạ, đối lưu hoặc dẫn nhiệt.
Sự dẫn nhiệt xảy ra khi hai vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau. Điều này liên quan đến sự va chạm giữa các phân tử nhanh từ vật nóng hơn và các phân tử chậm hơn từ vật lạnh hơn. Điều này dẫn đến sự truyền năng lượng từ vật nóng sang vật lạnh hơn. Do đó, bộ tản nhiệt truyền nhiệt bằng cách dẫn và đối lưu từ bộ phận có nhiệt độ cao như bóng bán dẫn đến môi trường có nhiệt độ thấp như không khí, dầu, nước hoặc bất kỳ môi trường thích hợp nào khác.
Bộ tản nhiệt là gì
Có hai loại bộ tản nhiệt, bộ tản nhiệt thụ động và bộ tản nhiệt chủ động.
1. Tản nhiệt chủ động sử dụng quạt làm mát hoặc máy thổi để tản nhiệt từ tản nhiệt. Chúng có đặc tính làm mát tuyệt vời nhưng cần được bảo trì thường xuyên do các bộ phận chuyển động.
2. Tản nhiệt thụ động không sử dụng bất kỳ quạt nào và không có bộ phận chuyển động, khiến chúng trở nên đáng tin cậy hơn.
Bộ tản nhiệt có thể được phân loại thêm dựa trên thiết kế và hình dạng vật lý, vật liệu được sử dụng, v.v. Bộ tản nhiệt điển hình là:
Bộ tản nhiệt hoạt động như bộ trao đổi nhiệt và thường được thiết kế để có diện tích bề mặt tối đa tiếp xúc với môi trường làm mát như không khí. Hiệu suất phụ thuộc vào các tính năng vật lý như vật liệu được sử dụng, xử lý bề mặt, thiết kế nhô ra, tốc độ luồng khí và phương thức kết nối. Kem tản nhiệt, hợp chất và băng dẫn điện là một số vật liệu được sử dụng giữa bề mặt tản nhiệt của một bộ phận và bề mặt tản nhiệt để cải thiện khả năng truyền nhiệt và do đó cải thiện hiệu suất của tản nhiệt.
Các kim loại có tính dẫn nhiệt tuyệt vời, chẳng hạn như kim cương, đồng và nhôm, tạo nên bộ tản nhiệt hiệu quả nhất. Tuy nhiên, nhôm được sử dụng phổ biến hơn do giá thành thấp hơn.
Các yếu tố khác ảnh hưởng đến hiệu suất của bộ tản nhiệt bao gồm:
1. Khả năng chịu nhiệt
2. Luồng không khí
3. Kháng âm lượng
4. Mật độ vây
5. Khoảng cách vây
6. Chiều rộng
7. Chiều dài
Tản nhiệt được sử dụng để làm mát nhiều loại linh kiện điện tử không có đủ khả năng tản nhiệt để tiêu tan toàn bộ lượng nhiệt dư thừa. Những thiết bị này bao gồm:
Bóng bán dẫn điện, thyristor và các thiết bị chuyển mạch khác
điốt
mạch tích hợp
bộ xử lý CPU
bộ xử lý đồ họa
Bộ tản nhiệt có nhiều loại và kích cỡ khác nhau để phù hợp với các ứng dụng khác nhau. Loại bộ tản nhiệt phổ biến nhất là bộ tản nhiệt có vây, bao gồm nhiều cánh tản nhiệt bằng kim loại mỏng được kết nối với nhau. Những cánh tản nhiệt này làm tăng diện tích bề mặt để làm mát tốt hơn. Các loại tản nhiệt khác bao gồm tản nhiệt dạng chốt, tản nhiệt dạng vây chéo, tản nhiệt dạng vây nâng lên và tản nhiệt dạng tấm phẳng.
Bộ tản nhiệt ô tô có chức năng vừa chứa nước vừa tản nhiệt. Bộ tản nhiệt là một bộ phận chính của hệ thống làm mát và mục đích của nó là bảo vệ động cơ khỏi bị hư hỏng do quá nhiệt. Nguyên lý của két nước là sử dụng không khí lạnh để giảm nhiệt độ của chất làm mát từ động cơ vào két nước. Bộ tản nhiệt thuộc hệ thống làm mát ô tô. Bộ tản nhiệt trong hệ thống làm mát nước động cơ bao gồm ba phần: buồng nạp nước, buồng thoát nước, tấm chính và lõi tản nhiệt. Bộ tản nhiệt làm mát chất làm mát đã đạt đến nhiệt độ cao. Chất làm mát trong bộ tản nhiệt trở nên lạnh khi các ống và vây của bộ tản nhiệt tiếp xúc với luồng không khí do quạt làm mát tạo ra và chuyển động của xe.
Để tránh động cơ quá nóng, các bộ phận xung quanh buồng đốt (tấm lót xi-lanh, đầu xi-lanh, van, v.v.) phải được làm mát đúng cách. Để đảm bảo hiệu quả làm mát, hệ thống làm mát ô tô thường bao gồm bộ tản nhiệt, bộ điều nhiệt, máy bơm nước, kênh nước xi lanh, kênh nước đầu xi lanh, quạt, v.v. Bộ tản nhiệt có nhiệm vụ làm mát nước tuần hoàn. Ống dẫn nước và tản nhiệt của nó hầu hết được làm bằng nhôm. Các ống dẫn nước bằng nhôm được làm thành dạng phẳng và các tấm tản nhiệt dạng sóng. Hãy chú ý đến hiệu suất tản nhiệt. Hướng lắp đặt vuông góc với hướng của luồng không khí. Cố gắng đạt được Sức cản của gió phải nhỏ và hiệu suất làm mát phải cao. Chất làm mát chảy bên trong lõi tản nhiệt và không khí đi ra ngoài lõi tản nhiệt. Chất làm mát nóng trở nên lạnh bằng cách tản nhiệt ra không khí, còn không khí lạnh nóng lên bằng cách hấp thụ nhiệt lượng tỏa ra từ chất làm mát, do đó bộ tản nhiệt là một bộ trao đổi nhiệt.
Tản nhiệt là một thiết bị dùng để quản lý nhiệt lượng do các linh kiện điện tử tạo ra. Chúng thường được làm bằng kim loại hoặc nhôm và mục đích chính của chúng là tản nhiệt ra khỏi bộ phận mà nó được kết nối. Tản nhiệt được thiết kế với các vây, rãnh hoặc rãnh nhằm tăng diện tích bề mặt giúp truyền nhiệt từ linh kiện ra môi trường xung quanh. Bộ tản nhiệt có nhiều kích cỡ và hình dạng khác nhau để phù hợp với các ứng dụng khác nhau.
Tản nhiệt là một thành phần cần thiết của bất kỳ hệ thống điện tử nào vì chúng cho phép làm mát tốt hơn và cải thiện hiệu suất. Bằng cách tản nhiệt ra khỏi bộ phận, bộ phận này có thể giữ mát và chạy với hiệu suất tối đa mà không sợ bị hư hỏng do quá nóng. Bộ tản nhiệt cũng làm giảm độ ồn và độ rung bằng cách loại bỏ nhiệt từ các bộ phận và ra môi trường.
Bộ tản nhiệt là thành phần chính của hệ thống làm mát động cơ. Vai trò chính của nó là phân tán hỗn hợp chất chống đông và nước khắp các vây của nó, giúp giải phóng một phần nhiệt của động cơ trong khi lấy không khí mát vào trước khi tiếp tục đi qua phần còn lại của động cơ.
Bộ tản nhiệt là một bộ trao đổi nhiệt được sử dụng để truyền năng lượng nhiệt từ môi trường này sang môi trường khác nhằm mục đích làm mát và sưởi ấm. Phần lớn các bộ tản nhiệt được chế tạo để hoạt động trong ô tô, tòa nhà và thiết bị điện tử.
Bộ tản nhiệt luôn là nguồn nhiệt cho môi trường của nó, mặc dù điều này có thể nhằm mục đích sưởi ấm môi trường hoặc để làm mát chất lỏng hoặc chất làm mát cung cấp cho nó, như để làm mát động cơ ô tô và tháp giải nhiệt khô HVAC. Mặc dù có tên như vậy nhưng hầu hết các bộ tản nhiệt đều truyền phần lớn nhiệt thông qua sự đối lưu thay vì bức xạ nhiệt.
Trong một số ứng dụng, bộ tản nhiệt có thể đắt tiền và khó lắp đặt. Ngoài ra, nếu không có kích thước phù hợp cho ứng dụng, bộ tản nhiệt có thể không tản nhiệt đúng cách toàn bộ nhiệt do bộ phận tạo ra. Điều quan trọng cần lưu ý là một số thành phần rất nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ, vì vậy phải cẩn thận khi chọn bộ tản nhiệt cho các loại thành phần này.
Nói một cách đơn giản, bộ tản nhiệt là vật thể phân tán nhiệt từ nguồn nhiệt. Chúng cũng được cài đặt trên máy tính, đầu DVD và các thiết bị di động khác. Khi nghĩ đến một cơ chế đơn giản minh họa cách hoạt động của bộ tản nhiệt, bạn có thể tưởng tượng ra một bộ tản nhiệt được gắn trên ô tô. Bộ tản nhiệt hút nhiệt ra khỏi động cơ ô tô của bạn. Tương tự như vậy, bộ tản nhiệt sẽ hút nhiệt ra khỏi CPU, chẳng hạn như CPU của PC. Cơ chế hoạt động của tản nhiệt có liên quan mật thiết đến khả năng dẫn nhiệt. Chỉ cần hai vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau thì sự dẫn nhiệt sẽ xảy ra.
Điều này liên quan đến sự va chạm giữa các phân tử nhanh của vật nóng hơn và các phân tử chuyển động chậm hơn của vật lạnh hơn. Điều này cũng dẫn đến sự truyền năng lượng từ vật nóng sang vật lạnh. Do đó, tản nhiệt truyền nhiệt từ các bộ phận có nhiệt độ cao (như bóng bán dẫn) sang môi trường có nhiệt độ thấp (như không khí, dầu, nước hoặc bất kỳ môi trường thích hợp nào khác) thông qua sự dẫn nhiệt và đối lưu.
Bộ tản nhiệt có một chất dẫn nhiệt mang nhiệt từ nguồn nhiệt vào các cánh tản nhiệt hoặc chân cắm, mang lại diện tích bề mặt lớn để nhiệt tản ra khắp phần còn lại của máy tính. Đây là lý do tại sao tản nhiệt được thiết kế để tối đa hóa diện tích bề mặt tiếp xúc với môi trường làm mát xung quanh. Vì vậy, hiệu suất của bộ tản nhiệt phụ thuộc vào tốc độ không khí, vật liệu, thiết kế nhô ra và xử lý bề mặt. Thực tế này thúc đẩy chúng tôi phải đổi mới chủng loại, vật liệu và cấu tạo của bộ tản nhiệt.
Bộ tản nhiệt ống nhiệt được sử dụng rộng rãi. Loại tản nhiệt này có thể cải thiện hiệu quả tản nhiệt của nhiều thiết bị và dụng cụ công suất cao. Nó được sử dụng rộng rãi và có thể được sử dụng trong SVG, bộ biến tần, bộ biến tần, nguồn năng lượng mới, v.v.
Đồng thường được sử dụng làm vật liệu lõi và độ dẫn nhiệt của nó hiệu quả gấp đôi nhôm, với độ dẫn nhiệt khoảng 400W/mK. Vì đồng có đặc tính tản nhiệt tuyệt vời về khả năng dẫn nhiệt và chống ăn mòn nên nó mang lại khả năng tản nhiệt tuyệt vời, nhanh chóng và hiệu quả. Nhưng về nhược điểm, đồng nặng hơn nhôm gấp ba lần và giá thành khá cao. Nó cũng khó hình thành hơn nhôm.
Nhôm là một vật liệu cực kỳ nhẹ và rẻ, có khả năng dẫn nhiệt cao, lý tưởng cho hầu hết các bộ tản nhiệt. Nhôm có thể là kim loại có cấu trúc mạnh hơn khi được sử dụng ở dạng tấm mỏng. Nhưng khả năng dẫn nhiệt của nhôm, được gọi là tính dẫn nhiệt, chỉ bằng một nửa so với đồng. Nhược điểm này làm hạn chế khoảng cách mà nhiệt có thể di chuyển hoặc dẫn truyền từ nguồn nhiệt ở đáy tản nhiệt.
