0034

Rtt-s

[°C/W]

(6-43)

wzrost temperatury. Jednym ze sposobów poprawienia cieplnych warunków pracy elementów elektronicznych jest stosowanie roz-praszaczy ciepła (radiatorów). Rozpraszacze ciepła zmniejszają oporność cieplną pomiędzy elementem a środowiskiem, ułatwiając odprowadzanie zwiększonej ilości ciepła przy mniejszych przyrostach temperatury. Moc rozpraszana przez element wynosi:

Pw =    ^T^~ ^T'^S [W]    (6-42)

Rto~s

T_e i T_s są temperaturami powierzchni elementu i środowiska, a Rto-s jest opornością cieplną między obudową elementu i środowiskiem. Oporność ta zależy od powierzchni elementu Fe, współczynników przejmowania ciepła przez unoszenie i promieniowanie i e-wentualnego przewodzenia przez końcówki montażowe.

Oporność cieplna między elementem a środowiskiem może być zmniejszona przez zwiększenie współczynników przejmowania ciepła i przez zwiększenie powierzchni wymiany ciepła między elementem a środowiskiem.

W warunkach naturalnego odprowadzania ciepła suma współczynników ctu + a_p na ogół nie przekracza 0,001 [W/cm²°C], a zwiększanie Ok metodami wymuszonymi jest kosztowne i stwarza dodatkowe problemy konstrukcyjne.

Znacznie łatwiej można poprawić odprowadzanie wydzielanej mocy przez zwiększenie powierzchni wymiany ciepła z otoczeniem. Zwiększenie powierzchni samego elementu elektronicznego byłoby kłopotliwe i dla większości przypadków zbędne. Elementy na ogół mają znormalizowane kształty i wymiary, a zwiększenie powierzchni wymiany ciepła z otaczającym środowiskiem otrzymuje się dzięki mocowaniu ich na rozpraszą-czach ciepła. Ciepło wydzielane przez element o temperaturze Te jest wtedy przekazywane przewodzeniem przez styk do roz-praszacza o temperaturze T_r (p. 6.1.7.1), który z kolei oddaje ciepło otoczeniu o temperaturze T_s. W układzie takim strumień ciepła ma do pokonania zamiast oporności Rto-s, sumę oporności styku obudowy elementu z rozpraszaczem Rto-t i oporności cieplnej pomiędzy rozpraszaczem a środowiskiem Rt_t-s-Ze względu jednak na bardziej intensywną wymianę ciepła przez przewodzenie niż przez unoszenie i promieniowanie oraz znacznie większą powierzchnię rozpraszacza w stosunku do powierzchni elementu, suma wymienionych oporności cieplnych jest znacznie mniejsza od Rto-s-

Ponieważ powierzchnia rozpraszacza F_r oddaje ciepło otoczeniu przez unoszenie i promieniowanie, więc oporność cieplna pomiędzy rozpraszaczem a otoczeniem wyrazi się zależnością:

1

F_r (ait +a_B) a ilość rozpraszanego ciepła będzie równa mocy wydzielanej przez element: •

_ t

P_w -    —-- IW)    (6-44)

Rt,—s

6.3.2.1. Dobór rozpraszacza ciepła

Istnieje wielka różnorodność rozpraszaczy ciepła przeznaczonych do pracy w warunkach unoszenia swobodnego i wymuszonego, różniących się kształtem, wielkością, sposobem zamocowania elementów, materiałem konstrukcyjnym, pokryciem powierzchni itp. Znając moc wydzielaną przez element oraz warunki eksploatacyjne, a zwłaszcza temperaturę środowiska, można zaprojektować rozpraszacz ciepła dla ściśle określonych potrzeb lub dokonać wyboru określonego typu na podstawie skatalogowanych danych, opracowanych przez producentów rozpraszaczy. Ten ostatni sposób doboru rozpraszaczy ciepła jest stosowany najczęściej.

Rozpraszacze katalogowe

Producenci rozpraszaczy podają na ogół w formie wykresów następujące charakterystyki swoich wyrobów:

Rt = f (Pw) — oporność cieplna w funkcji wydzielanej mocy,

Rt — f (to) — oporność cieplna w funkcji prędkości [m/s] powietrza,

R t — f (V)    — oporność cieplna w funkcji

ilości [m³/s] nadmuchiwanego powietrza,

Rt — f (L)    — oporność cieplna w funkcji

długości kształtowników,

Rt — f (F)    — oporność cieplna w funkcji

powierzchni rozpraszacza,

208

fi. ODPROWADZANIE CIEPŁA Z URZĄDZEŃ ELEKTRONICZNYCH