Lezers zoals jij steunen MUO. Wanneer u een aankoop doet via links op onze site, kunnen we een aangesloten commissie verdienen.
Oververhitting is problematisch voor uw apparaten; daarom is warmteafvoer essentieel om de temperatuur van elektronische apparaten of soortgelijke warmtebronnen te regelen.
Koellichamen worden gebruikt in elektronische apparaten om warmte-energie in de omgeving af te voeren en uw apparaten te koelen. Maar wat is een koellichaam precies en hoe werkt het?
Hoe warmte wordt geproduceerd in elektronische apparaten en systemen
In de moderne tijd worden we omringd door elektronische systemen en gadgets. Van een microprocessorchip tot een basistransceiverstation (BTS) voor mobiele communicatiesystemen, elektronische producten hebben elektriciteit nodig om te werken.
Terwijl een deel van dat vermogen wordt gebruikt om het apparaat te laten werken, wordt de rest afgevoerd (afhankelijk van de efficiëntie van het apparaat), meestal in de vorm van warmte.
Door de miniaturisering van apparaten kunnen elektronische apparaten echter geen warmte ophopen en moeten deze warmte-energie in de omgeving afvoeren. Hiervoor worden vaak koellichamen gebruikt.
Wat is een koellichaam?
Een koellichaam is een onderdeel dat op een heet elektronisch apparaat wordt aangebracht om zijn warmte door geleiding te absorberen en deze energie vervolgens via convectie en straling naar de omgeving te werpen. Een gemeenschappelijke structuur van een koellichaam is zoals hieronder weergegeven:
Elektronische apparaten zijn zo ontworpen dat er een minimale interface en warmtegeleidende materialen zijn worden gebruikt om een warmtegenererende bron en koellichaam met elkaar te verbinden, zodat er zich geen warmte kan ophopen in de apparaat. Koellichamen zijn zo ontworpen dat ze een laag thermisch resistief pad bieden naar apparaten voor warmteafvoer.
Koellichaammechanisme
Koellichamen zijn gemaakt van thermisch geleidende materialen, meestal aluminium (thermische geleidbaarheid: 237 W/m·K). Aluminium is een goedkoop metaal in vergelijking met andere warmtegeleidende materialen zoals zilver en goud.
De warmte van een relatief kleine elektronische behuizing wordt door geleiding geabsorbeerd door een platte metalen plaat. Geleiding wordt vaak vergemakkelijkt door het toepassen van een koelpasta tussen de behuizing van het elektronische apparaat en het koellichaam. Dit zorgt voor een goed fysiek contact met hoog thermisch geleidende pasta.
De warmte van een relatief kleinere elektronische behuizing is bedoeld om zich via geleiding over het grotere koellichaam te verspreiden.
Warmte-energie lijdt echter aan een zich uitbreidende warmteweerstand wanneer een kleiner oppervlak van de warmtebron in fysiek contact komt met een groter oppervlak van het koellichaam. Daarom is het belangrijk om de spreidingsweerstand te beheersen door de geschikte contactdikte van de basisplaat van het koellichaam te kiezen.
Een koellichaam met minimale spreidingsweerstand zorgt ervoor dat warmte bijna gelijkmatig wordt verdeeld over de bodemplaat en lamellen. Aldus wordt het oppervlak van het koellichaam efficiënt benut. Het berekenen van de spreidingsweerstand valt echter buiten het bestek van dit artikel.
Aan de andere kant van de bodemplaat van het koellichaam zijn veel metalen lamellen gebruikt om een groter oppervlak voor de thermische convectie van warmte te bieden. De vinnen worden niet te dicht bij elkaar geplaatst, omdat dit het vermogen van vloeistof, d.w.z. in de meeste gevallen de lucht, kan belemmeren om vrij tussen de vinnen te stromen om warmte af te voeren.
Natuurlijk versus Geforceerde koeling
Gelijkmatig verspreide warmte op de basis van het koellichaam maakt gebruik van het gehele oppervlak dat wordt geboden door vinnen om warmte in de omgevingslucht te werpen met behulp van natuurlijke convectie of geforceerde luchtconvectie.
Natuurlijke convectie is een proces waarbij omgevingslucht de warmte-energie van koelribben afvoert met behulp van de natuurlijke vloeistofstroom, d.w.z. zonder druk uit te oefenen via een externe bron. In dit proces is de stroom of snelheid van vloeistofmoleculen traag.
Bij de geforceerde convectiemethode voor warmte-uitwisseling wordt een ventilator of ventilator gebruikt om de snelheid van de vloeistofstroom door het oppervlak op de vinnen van het koellichaam te verhogen. Ofwel een DC of een PWM-ventilator kan worden gebruikt.
De verhoogde luchtstroom resulteert in meer warmte die wordt afgevoerd van het koellichaam. Gewoonlijk wordt geforceerde convectie gebruikt in gevallen waarin veel warmtekracht moet worden verwijderd, of wanneer een kleiner koellichaam verplicht is in een ontwerp.
Naast convectie is warmtestraling van het koellichaam ook heel nuttig bij het verwijderen van warmte uit het koellichaam. Gewoonlijk zijn koellichamen zwart gekleurd, waardoor hun warmtestralingsvermogen wordt vergroot.
Koellichamen houden uw apparaten koel en werkend
Een koellichaam is een essentiële gadget voor de betrouwbare werking van een elektronisch apparaat. Zonder hen zullen onze geavanceerde smartphones, krachtige computers en zelfs LED-lampen niet werken zoals bedoeld vanwege oververhitting.
