Điện trở nhiệt của bộ tản nhiệt: Những điều chỉ số này chứng minh và những điều nó không chứng minh

Bài viết này giải thích cách đọc giá trị điện trở nhiệt từ bộ tản nhiệt đến môi trường xung quanh và giới hạn của giá trị này. Bài viết không tính toán bộ tản nhiệt được phê duyệt cho một SCR, đi-ốt hoặc SSR cụ thể, và cũng không biến trang RITOKS ở cấp dòng sản phẩm thành bằng chứng nhiệt chính xác cho từng mẫu cụ thể.

Tổng quan về quyết định mua hàng

Dữ liệu đầu vào cho quyết định	Người mua phải xác nhận	Cần có bằng chứng
Đường dẫn nhiệt	Hai điểm tham chiếu nào mà mức xếp hạng này kết nối với nhau?	Giá trị Rθ và đơn vị được xác định rõ ràng
Lượng nhiệt đầu vào	Mức tiêu hao năng lượng tồi tệ nhất của thiết bị trong điều kiện hoạt động thực tế	Đường cong hoặc công thức chính xác về mức độ mất mát của thiết bị
Môi trường	Môi trường bên trong, lưu lượng không khí, độ cao và các nguồn nhiệt lân cận	Điều kiện thử nghiệm và thông tin về việc giảm định mức
Lắp ráp	Tấm đế, vật liệu tiếp xúc, độ phẳng và áp suất lắp đặt	Hướng dẫn cài đặt chi tiết
Giới hạn nhiệt độ	Nhiệt độ tại điểm nối hoặc vỏ được phép với biên độ an toàn thiết kế	Dữ liệu chính xác về chất bán dẫn

Bắt đầu từ khái niệm về điện trở nhiệt

Điện trở nhiệt thể hiện mức tăng nhiệt độ tương ứng với mỗi watt nhiệt đi qua một đường dẫn xác định. Do đó, giá trị từ bộ tản nhiệt đến môi trường xung quanh liên quan đến bộ tản nhiệt và không khí xung quanh nó; giá trị này không tự động là giá trị từ điểm nối đến môi trường xung quanh của cụm bán dẫn đã được lắp đặt. Hãy lưu ý hai điểm tham chiếu này đối với mỗi con số.

Nói chung, giá trị càng thấp thì mức tăng nhiệt độ trên mỗi watt càng ít, miễn là việc so sánh được thực hiện dựa trên cùng một định nghĩa và điều kiện. Việc so sánh hai con số sẽ không chính xác nếu một trong hai được đo bằng phương pháp thổi khí cưỡng bức, còn một được đo bằng đối lưu tự nhiên, hoặc khi hướng đo và mốc nhiệt độ tham chiếu của chúng khác nhau.

Xây dựng chuỗi tăng nhiệt độ hoàn chỉnh

Đường dẫn nhiệt toàn phần có thể bao gồm điện trở từ điểm nối đến vỏ bên trong chất bán dẫn, điện trở từ vỏ đến bộ tản nhiệt qua bề mặt tiếp xúc, và điện trở từ bộ tản nhiệt đến môi trường xung quanh. Nhân từng giá trị điện trở tương ứng với lượng nhiệt truyền qua đoạn đó, sau đó cộng các mức tăng nhiệt độ tương ứng vào nhiệt độ tham chiếu môi trường đã xác định.

Không phải mọi bảng thông số kỹ thuật nào cũng trình bày đường dẫn nhiệt theo cùng một cách. Một số cụm linh kiện tích hợp tấm đế hoặc bộ tản nhiệt; một số khác công bố giới hạn nhiệt độ vỏ thay vì tính toán nhiệt độ điểm nối hoàn chỉnh. Hãy tuân thủ chính xác phương pháp của nhà sản xuất và tuyệt đối không thêm các thuật ngữ sử dụng các điểm tham chiếu không tương thích.

Hãy đọc các điều kiện kiểm tra được ghi bên cạnh con số

Hiệu suất của bộ tản nhiệt thay đổi tùy theo hướng lắp đặt, khoảng cách giữa các cánh tản nhiệt, tốc độ dòng khí, bề mặt hoàn thiện và cách nhiệt truyền vào đế. Các thông số về đối lưu tự nhiên đặc biệt phụ thuộc vào việc các khe giữa các cánh tản nhiệt có cho phép không khí nóng bay lên tự do hay không. Một con số không kèm theo điều kiện thử nghiệm là bằng chứng mua hàng chưa đầy đủ.

Dữ liệu về hệ thống thông gió cưỡng bức phải nêu rõ lưu lượng không khí hoặc vận tốc không khí cùng với phương pháp đo lường. Lưu lượng không khí ghi trên nhãn kỹ thuật của quạt (được đo trong điều kiện không có trở ngại) không chứng minh được rằng lưu lượng đó cũng tương tự khi đi qua một vỏ bọc có tải, ống dẫn hoặc cụm tản nhiệt. Mất áp và hiện tượng tuần hoàn không khí có thể làm giảm hiệu suất làm mát thực tế.

Bao gồm chất dẫn nhiệt

Sự tiếp xúc giữa đế bán dẫn và bộ tản nhiệt không hoàn hảo. Độ phẳng bề mặt, độ nhám, tạp chất, miếng đệm cách điện, chất bôi trơn và lực lắp đặt đều ảnh hưởng đến mức tăng nhiệt độ giữa vỏ thiết bị và bộ tản nhiệt. Giao diện này phải được thiết kế và lắp ráp theo đúng hướng dẫn dành cho thiết bị và vật liệu cụ thể.

Đừng cho rằng việc thêm nhiều chất kết dính hơn sẽ luôn giúp cải thiện hiệu quả truyền nhiệt. Lượng chất kết dính dư thừa có thể làm tăng độ dày của lớp kết dính, và lớp đệm cách điện có thể làm tăng điện trở nhiệt. Hãy ghi lại loại chất kết dính đã chọn vào bảng kê vật liệu thay vì coi đó là sự lựa chọn tùy ý của người lắp đặt.

Phân biệt giữa việc chấm điểm và việc kiểm chứng

Chỉ số tản nhiệt được công bố là một trong những yếu tố đầu vào cho thiết kế nhiệt. Để chứng minh tính chính xác, cần thực hiện một phép tính có thể truy xuất nguồn gốc dựa trên tổn thất và giới hạn chính xác của thiết bị, sau đó tiến hành xác minh cần thiết cho cụm lắp ráp thực tế. Các thông số đo được như điểm đo, tải, nhiệt độ môi trường xung quanh và thời gian ổn định cần được ghi lại.

Kết quả này chỉ áp dụng cho cấu hình đã được thử nghiệm. Việc thay đổi hệ thống thông gió của vỏ thiết bị, khoảng cách giữa các thiết bị, hướng lắp đặt hoặc loại chất bán dẫn có thể khiến quá trình tính toán phải được thực hiện lại. Một bức ảnh chụp chi tiết đùn có kích thước lớn không bao giờ tương đương với một đường dẫn nhiệt được ghi chép đầy đủ.

Xây dựng hồ sơ chứng cứ trước khi được phê duyệt

Tạo một bảng đánh giá cho mã đặt hàng bộ tản nhiệt mô-đun nguồn được đề xuất. Ghi các thông tin đầu vào của dự án vào một cột và bằng chứng từ nhà cung cấp vào cột còn lại. Lưu giữ chính xác các trang, bản vẽ, đồ thị và bảng được sử dụng trong quá trình ra quyết định, bao gồm cả ngày sửa đổi hoặc ngày truy xuất của chúng. Một trang danh mục có thể thiết lập bối cảnh về dòng sản phẩm, nhưng bất kỳ tuyên bố nào về thông số kỹ thuật hoặc kết nối cụ thể đều phải có nguồn gốc từ cấu hình được báo giá.

Check that every accepted value describes the same orderable item. For a heatsink quotation, match the drawing, mounting footprint, airflow conditions and thermal-resistance evidence to the same quoted configuration. Do not combine a family maximum from one variant, a drawing from another and an optional feature from a third. Mark unresolved fields explicitly instead of allowing them to disappear in the commercial quotation.

Kiểm soát các thay đổi trong quá trình tìm nguồn cung ứng

Giữ nguyên hồ sơ ứng dụng trong khi các nhà cung cấp trả lời. Nếu tải, điện áp, môi trường, chế độ hoạt động, vỏ bọc, phương pháp làm mát hoặc công suất yêu cầu có thay đổi, hãy ban hành một bản hồ sơ sửa đổi và yêu cầu từng nhà cung cấp xác nhận lại sản phẩm ứng cử. Nếu không, hai báo giá có thể trông tương đương nhau nhưng lại đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật khác nhau.

Một sản phẩm thay thế được đề xuất phải đáp ứng các tiêu chí đánh giá tương tự. Việc có kích thước tương ứng, hình ảnh sản phẩm tương tự hoặc cùng mức đánh giá tiêu đề là chưa đủ. Sản phẩm thay thế phải đáp ứng đầy đủ các chức năng và điều kiện yêu cầu thông qua tài liệu chứng minh cụ thể của chính nó.

Những sai sót thường gặp trong mua sắm

• Lựa chọn bộ tản nhiệt cho mô-đun nguồn dựa trên một thông số kỹ thuật chính mà không xác định rõ bối cảnh ứng dụng.
• Sử dụng đường cong, sơ đồ đầu cuối hoặc thông số hiệu suất từ một mẫu xe cùng dòng.
• So sánh dữ liệu trong điều kiện không khí tự do, dữ liệu danh định hoặc dữ liệu cực đại của dòng sản phẩm với điểm làm việc của ứng dụng.
• Coi các phụ kiện đi kèm và các chức năng của hệ thống là những điều hiển nhiên chỉ cần nhìn vào tên sản phẩm.
• Phê duyệt việc thay thế mà không cần mở lại quá trình xem xét chứng cứ kỹ thuật.

Không nên so sánh các giá trị điện trở nhiệt từ bộ tản nhiệt đến môi trường xung quanh được đo ở các điều kiện lưu lượng khí hoặc hướng của các cánh tản nhiệt khác nhau. Cần xem xét cùng một lúc các yếu tố như tổn thất nhiệt của chất bán dẫn, điện trở giao diện và nhiệt độ môi trường xung quanh tại đầu vào trong cùng một phân tích nhiệt; chiều dài thanh đùn đơn thuần không phải là bằng chứng về hiệu suất.

Cách so sánh các đề xuất của nhà cung cấp

Điểm so sánh	Bằng chứng cần thiết	Không chấp nhận
Định nghĩa	Các điểm tham chiếu và các giá trị °C/W hoặc K/W được nêu rõ	Con số “hiệu suất nhiệt” không có nhãn
Đối lưu	Xác định các điều kiện lưu thông không khí tự nhiên hoặc cưỡng bức	Sự hiện diện của người hâm mộ được cho là đủ
Nguồn nhiệt	Diện tích chiếm dụng chính xác và điều kiện công suất nhiệt	Bất kỳ mô-đun nào có cùng đế
Lắp đặt	Có sẵn hướng dẫn về giao diện và áp suất	Tiếp xúc khô hoặc bôi mỡ tùy ý
Xác thực	Kiểm tra nhiệt độ lắp ráp trong điều kiện hoạt động đã xác định	Kiểm tra nhiệt độ khi chạm vào hoặc thử nghiệm không tải ngắn hạn

Tiêu chuẩn hóa mọi đề xuất về bộ tản nhiệt mô-đun nguồn theo cùng một hồ sơ ứng dụng. Ghi chú các bản sửa đổi tài liệu, điều kiện thử nghiệm và các vấn đề chưa được giải quyết bên cạnh mỗi giá trị. Một đề xuất có thể vẫn hấp dẫn về mặt thương mại dù chưa hoàn thiện về mặt kỹ thuật, nhưng các bằng chứng còn thiếu phải được hiển thị rõ ràng cho đến khi được giải quyết.

Quy trình ra quyết định

• Xác định chính xác loại chất bán dẫn và phương pháp tính tổn hao trong trường hợp xấu nhất của nó.
• Xác định nhiệt độ môi trường bên trong tối đa và nhiệt độ cho phép của thiết bị.
• Liệt kê tất cả các đoạn điện trở nhiệt cùng với các điểm tham chiếu tương ứng.
• Chọn một bộ tản nhiệt phù hợp với hướng lắp đặt và điều kiện luồng khí dự kiến.
• Hãy chỉ định vật liệu làm bề mặt và phương pháp lắp đặt.
• Kiểm tra hệ thống đã lắp ráp ở mức tải và điều kiện môi trường đã quy định.

Xác định chính xác loại chất bán dẫn và tổn thất của nó ở mức độ hoạt động dự kiến, sau đó xác định nhiệt độ vỏ hoặc nhiệt độ tiếp giáp cho phép và nhiệt độ môi trường tối đa tại đầu vào và đầu ra của bộ tản nhiệt. Yêu cầu giá trị điện trở của bộ tản nhiệt trong các điều kiện đối lưu hoặc luồng khí dự kiến và kiểm tra riêng biệt các thông số giao diện.

Danh sách kiểm tra việc chuẩn bị hồ sơ yêu cầu báo giá (RFQ)

A useful RFQ for a power module heatsink is concise enough to answer and complete enough to prevent silent assumptions. Identify unknown values as questions and require an exact orderable code rather than a generic family recommendation.

• Mô hình bán dẫn chính xác và kích thước lắp đặt
• Mất công suất trong trường hợp xấu nhất và chu kỳ làm việc
• Độ dẫn nhiệt yêu cầu từ bồn rửa đến môi trường xung quanh
• Điều kiện thông gió tự nhiên hoặc cưỡng bức
• Hướng, không gian bao quanh và môi trường bên trong
• Vật liệu giao diện và các yêu cầu lắp đặt
• Bản vẽ, điều kiện thử nghiệm, số lượng và điểm đến

Yêu cầu cung cấp phiên bản bảng dữ liệu mới nhất và phạm vi của bất kỳ tuyên bố nào liên quan đến chứng nhận, khả năng tương thích hoặc hiệu suất. Ghi lại số lượng và điểm đến sau khi đã có các thông tin kỹ thuật để các điều khoản thương mại không làm lu mờ các vấn đề kỹ thuật chưa được giải quyết.

Các điều kiện dừng trước khi phát hành lệnh

Không được phê duyệt đơn đặt hàng trong các trường hợp sau: thông tin đầu vào quan trọng của ứng dụng chưa được xác định; mẫu sản phẩm được trích dẫn còn mơ hồ; thông số kỹ thuật bắt buộc chỉ được hỗ trợ bởi tài liệu của nhà sản xuất khác; hoặc điều kiện lắp đặt nằm ngoài phạm vi bằng chứng hiện có. Đây là những lỗ hổng về mặt kỹ thuật, chứ không phải chi tiết biên tập.

Biên bản phê duyệt cần nêu rõ chức năng của hạng mục được lựa chọn, những nội dung nằm ngoài phạm vi của hạng mục đó và các tài liệu cụ thể nào làm cơ sở cho quyết định. Nếu đơn đăng ký hoặc ứng viên có thay đổi, cần tiến hành lại các bước kiểm tra liên quan thay vì tiếp tục áp dụng kết luận trước đó.

Các câu hỏi thường gặp

Tản nhiệt có hệ số dẫn nhiệt 1 °C/W có giữ cho nhiệt độ của mọi thiết bị cao hơn nhiệt độ môi trường 1 °C không?

Không. Mức độ tăng nhiệt độ phụ thuộc vào dòng nhiệt, đường dẫn nhiệt đã xác định và tất cả các điện trở bổ sung trong cụm lắp ráp.

Tôi có thể so sánh °C/W và K/W trực tiếp được không?

Đối với chênh lệch nhiệt độ, giá trị số của chúng là tương đương, nhưng đường đi và điều kiện thử nghiệm vẫn phải khớp nhau.

Tản nhiệt có kích thước lớn hơn thì luôn có công suất định mức thấp hơn phải không?

Không hẳn vậy. Hình học, hiệu suất cánh, luồng khí, hướng đặt và khả năng tản nhiệt đều ảnh hưởng đến hiệu suất.

Các sản phẩm và hướng dẫn liên quan của RITOKS

Hãy sử dụng các liên kết này như các bản ghi riêng biệt về danh mục và sản phẩm. Một liên kết theo ngữ cảnh không khẳng định tính thay thế lẫn nhau, tính tương thích hay sự kết hợp hệ thống đã được phê duyệt.

Danh mục sản phẩm Tản nhiệt cho mô-đun nguồn

Tản nhiệt cho mô-đun nguồn bằng nhôm

Tản nhiệt thổi gió SF cho các mô-đun nguồn

Hướng dẫn lựa chọn bộ tản nhiệt SSR

Tài liệu tham khảo kỹ thuật

Các nguồn thông tin từ các nhà sản xuất chính này chỉ hỗ trợ các khái niệm chung được nêu dưới đây. Các thông số kỹ thuật, sơ đồ và chứng nhận của sản phẩm từ các nhà sản xuất này không áp dụng cho các sản phẩm của RITOKS.

OMRON, Thông tin chi tiết về rơle bán dẫn

Hỗ trợ việc xác định điện trở nhiệt và sự cần thiết phải đảm bảo sự phù hợp giữa hiệu suất tản nhiệt, điều kiện lắp đặt và điều kiện tải. Các giá trị của các mẫu OMRON không áp dụng được cho các bộ tản nhiệt RITOKS.

OMRON, Các biện pháp an toàn khi sử dụng rơle bán dẫn

Cần chú ý đến bề mặt lắp đặt, vật liệu dẫn nhiệt và các điều kiện xung quanh. Sản phẩm này không được chấp thuận để sử dụng trong cụm lắp ráp RITOKS.

Yêu cầu đánh giá mẫu sản phẩm cụ thể

Vui lòng gửi các yêu cầu về đơn đăng ký, các thắc mắc cụ thể về tài liệu, số lượng và điểm đến thông qua biểu mẫu liên hệ của RITOKS. Yêu cầu báo giá (RFQ) nhằm mục đích xem xét mẫu sản phẩm cụ thể; hướng dẫn này không phê duyệt thiết kế hệ thống dây điện, việc lắp đặt hoặc việc thay thế tự động.

Liên hệ với RITOKS