ヒートシンクの冷却能力を計算する方法は？

ちょっと、そこ！ヒートシンクのサプライヤーとして、私はしばしばヒートシンクの冷却能力を計算する方法について尋ねられます。これは、特にヒートシンクに依存している人が電子デバイスをスムーズに動作させるために重要な質問です。それでは、すぐに飛び込みましょう！

まず、冷却能力は何ですか？簡単に言えば、それはヒートシンクが特定の時間に電子コンポーネントから消散できる熱の量です。これは通常、ワット（w）で測定されます。冷却能力が高いということは、ヒートシンクがより多くの熱を処理できることを意味します。これは、高電力デバイスに不可欠です。

冷却能力に影響する要因

ヒートシンクの冷却能力に影響を与えるいくつかの要因があります。それらを1つずつ見てみましょう。

材料

ヒートシンクの材料は大きな役割を果たします。最も一般的な材料は、アルミニウムと銅です。アルミニウムは軽量で比較的安価です。約200 w/（m・k）の熱伝導率を持っています。一方、銅はより高価ですが、熱伝導率がはるかに高く、約400 w/（m・k）があります。これは、銅がアルミニウムよりも効率的に熱を伝達できることを意味します。たとえば、私たち1Uサーバー用の銅スキャンフィンヒートシンク銅を使用して、多くの熱を生成するサーバーに優れた熱伝達性能を提供します。

表面積

ヒートシンクの表面積が大きいほど、より多くの熱を消散させることができます。ヒートシンクは、表面積を増加させるために、フィン、ピン、またはその他の構造で設計されています。ひれは、ヒートシンクの底から伸びる薄くて平らな構造です。ピンは円筒形または円錐構造です。ヒートシンクのフィンまたはピンが多いほど、表面積が大きいほど、冷却性能が向上します。私たちの100WアレイスプレイフレアピンフィンヒートシンクラジエーターCPU化合物散布されたフレアピンフィンの配列があり、より良い熱放散のために表面積を大幅に増加させます。

気流

ヒートシンクが効果的に機能するには、良い気流が不可欠です。空気がヒートシンク上を流れると、それは熱を運び去ります。気流には、自然対流と強制対流という2つの主なタイプがあります。自然の対流は、熱気が上昇し、冷たい空気に置き換えられたときに発生します。一方、強制対流は、ファンまたは他のデバイスを使用して、ヒートシンクに空気を吹きます。特に高電力デバイスでは、強制対流が一般的により効果的です。

インターフェイスに連絡します

ヒートシンクと電子コンポーネントの接触も冷却能力に影響します。貧弱な接触インターフェイスは、熱抵抗を作成し、熱伝達効率を低下させる可能性があります。接触を改善するために、熱化合物がよく使用されます。これらの化合物は、ヒートシンクと成分の間の微視的なギャップを埋めて、熱抵抗を減らします。私たちの銅ヒートシンクアルミニウムLEDストリップLEDストリップを使用した適切な接触インターフェースを持つように設計されており、右の熱化合物を使用すると、その冷却性能がさらに向上する可能性があります。

冷却能力の計算

それでは、ヒートシンクの冷却能力を計算する方法について話しましょう。いくつかの方法がありますが、最も一般的なものの1つは熱抵抗法です。

熱抵抗を使用して電力散逸（冷却能力）を計算するための式は次のとおりです。

$ p = \ frac {\ delta t} {r_ {th}} $

どこ：

• $ p $はワット（w）の電力散逸（冷却能力）です
• $ \ delta t $は、摂氏度の成分と周囲空気の温度差です（$^{\ circ} c $）
• $ r_ {th} $は、ワットあたり摂氏度のヒートシンクの熱抵抗です（$^{\ circ} c/w $）

ヒートシンクの熱抵抗は、メーカーのデータシートから取得できます。温度差$ \ delta t $は、通常、電子成分の最大動作温度と周囲温度によって決定されます。

たとえば、コンポーネントの最大動作温度が80 $^{\ circ} c $の場合、周囲温度は20 $^{\ circ} c $であり、ヒートシンクの熱抵抗は2 $^{\ circ} c/w $です。

$ \ delta t = 80-20 = 60^{\ circ} c $

$ p = \ frac {60} {2} = 30W $

これは、ヒートシンクが30ワットの熱を放散できることを意味します。

実用的な考慮事項

冷却能力を計算するとき、留意すべきいくつかの実際的な考慮事項があります。

安全マージン

ヒートシンクを選択するときに安全マージンを追加することは常に良い考えです。これは、実際の動作条件が計算で想定される理想的な条件とは異なる可能性があるためです。たとえば、塵やその他の要因により、気流が減少する場合があります。しばしば20〜30％の安全マージンをお勧めします。

システム統合

ヒートシンクは、全体的な冷却システムの一部にすぎません。ファン、ダクト、エンクロージャーなどの他のコンポーネントも、冷却性能に影響します。冷却システムを設計するとき、これらのすべてのコンポーネントを一緒に考慮する必要があります。

結論

ヒートシンクの冷却能力の計算は、見た目ほど複雑ではありません。材料、表面積、気流、接触インターフェイスなどの冷却能力に影響を与える要因を理解し、適切な計算方法を使用することにより、アプリケーションの適切なヒートシンクを選択できます。

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参照

• Incropera、FP、Dewitt、DP、Bergman、TL、＆Lavine、AS（2007）。熱と物質移動の基礎。ジョン・ワイリー＆サンズ。
• Kraus、AD、Azar、MN、＆Bar -Cohen、A。（2001）。電子機器の熱設計。 Wiley-インターサイエンス。