በቻርጀሮች ውስጥ የሙቀት ማስተላለፊያ ቁሳቁሶችን መጠቀም
የኃይል መሙያ ቴክኖሎጂ በፍጥነት እየተሻሻለ ነው። ከግዙፍ እና ከባድ አስማሚዎች እስከ ከፍተኛ ኃይል መሙላት የሚችሉ ትናንሽ እና ቀላል ክብደት ያላቸው ቻርጀሮች - 30 ዋት፣ 65 ዋት እና ከ100 ዋት በላይ - እነዚህ አሁን ይገኛሉ። ሆኖም ግን፣ ከእነዚህ የታመቁ ዲዛይኖች እና ከፍተኛ አፈጻጸም ጀርባ የማያቋርጥ ፈተና ይመጣል፡ ሙቀት። ከመጠን በላይ ሙቀት ቻርጀሮችን ለመንካት ምቾት የማይሰጥ ከማድረጉም በላይ ቅልጥፍናን ሊቀንስ፣ የክፍሎችን እርጅና ሊያፋጥን እና በአስቸጋሪ ሁኔታዎች ውስጥ ብልሽቶችን ሊያስነሳ ይችላል። ለዚህም ነው የሙቀት ማስተላለፊያ ቁሳቁሶችን መጠቀም የዘመናዊ ቻርጀር ዲዛይን ወሳኝ ገጽታ የሆነው።
ቻርጀር ሙቀት የሚያመነጨው ለምንድን ነው?
ቻርጀር በመሠረቱ ከግድግዳ ሶኬት የሚገኘውን የኤሲ ኃይል ወደ ሞባይል ስልክ፣ ላፕቶፕ ወይም ሌላ መሳሪያ ለመጠቀም ተስማሚ ወደሆነ የዲሲ ኃይል ይለውጠዋል። ይህ የልወጣ ሂደት በጭራሽ 100% ውጤታማ አይደለም። አንዳንድ ኃይል እንደ ሙቀት የሚጠፋው በተለያዩ ምክንያቶች ነው፡
1. እንደ MOSFETs እና የመቀየሪያ ትራንዚስተሮች ባሉ የኃይል ክፍሎች ውስጥ ያሉ ኪሳራዎችን መቀየር።
2. በተለይም በከፍተኛ የመቀየሪያ ድግግሞሾች ላይ በትራንስፎርመሮች እና በኢንዳክተሮች ውስጥ የመዳብ ኪሳራዎች እና ዋና ኪሳራዎች።
3. በመቀየሪያው እና በመከላከያ ክፍሎች ውስጥ ያሉ ኪሳራዎች።
4. በተለይም ትላልቅ ጅረቶች ሲፈሱ በ PCB ትራኮች እና ማገናኛዎች ላይ ኪሳራ።
እንደ 65 ዋት ወይም 100 ዋት ያሉ ከፍተኛ ኃይል ያላቸው ቻርጀሮች የበለጠ ሙቀት ያመነጫሉ። ከዚህም በላይ ዘመናዊ ቻርጀሮች ብዙውን ጊዜ የተጣበቁ በመሆናቸው ሙቀትን ለማሰራጨት ያለውን ቦታ ይገድባሉ። የሙቀት ማስተላለፊያ ቁሳቁሶች የሚመጡበት ቦታ ይህ ነው፡ ሙቀትን ከምንጩ (ከሞቃት ክፍል) ወደ ትልቅ ቦታ በማስተላለፍ ወደ አየር እንዲሰራጭ ይረዳሉ።
የሙቀት ማስተላለፊያ ቁሳቁስ ምንድን ነው?
የሙቀት ማስተላለፊያ ቁሳቁሶች በአንጻራዊነት ከፍተኛ የሙቀት ማስተላለፊያ (ሙቀትን የማንቀሳቀስ ችሎታ) ያላቸው ቁሳቁሶች ሲሆኑ ይህም የሙቀት ማስተላለፍን ሊያፋጥን ይችላል። በቻርጀሮች ሁኔታ፣ እነዚህ ቁሳቁሶች እንደ ማራገቢያዎች "ማቀዝቀዣዎች" እምብዛም ጥቅም ላይ አይውሉም። በምትኩ፣ ሙቀትን ወደ አካባቢው ለማሰራጨት በተፈጥሮ ኮንቬክሽን እና ጨረር ላይ በመተማመን በኮንዳክሽን እና በሙቀት ስርጭት መርሆዎች በተዘዋዋሪ ይሰራሉ።
የሙቀት ማስተላለፊያ አብዛኛውን ጊዜ በ W/m·K አሃዶች ይገለጻል። እሴቱ ከፍ ባለ ቁጥር ቁሱ ሙቀትን በተሻለ ሁኔታ ያስተላልፋል። እንደ አጠቃላይ ደንብ፡
– ተራ ፕላስቲክ፡ ዝቅተኛ (በአጠቃላይ < 1 W/m·K) - አልሙኒየም፡ ከፍተኛ (በመቶዎች የሚጠጋ W/m·K) - መዳብ፡ በጣም ከፍተኛ (ከአልሙኒየም የሚበልጥ) - የተወሰኑ ሴራሚክስ፡ እንደየአይነቱ ከመካከለኛ እስከ ከፍተኛ ሊሆኑ ይችላሉ - ግራፋይት/ግራፊን ሉህ፡ በተወሰኑ አቅጣጫዎች እንደ ሙቀት ማሰራጫ በጣም ውጤታማ የሙቀት ማስተላለፊያ ተግባር በቻርጀሮች ውስጥ የሙቀት ማስተላለፊያ ቁሳቁሶች በቻርጀሮች ውስጥ መጠቀም “የሙቀት መጠኑን ዝቅ ማድረግ” ብቻ ሳይሆን የበለጠ ልዩ የዲዛይን ግቦች አሉት፡ 1. ወሳኝ የሆኑ ክፍሎችን ከፍተኛ የሙቀት መጠን መቀነስ እንደ MOSFETs፣ ዳዮዶች፣ ትራንስፎርመሮች እና የቁጥጥር ICs ያሉ ክፍሎች የአሠራር የሙቀት መጠን ገደቦች አሏቸው። በጣም ሞቃት ከሆነ፣ ቅልጥፍናው ይቀንሳል፣ የአገልግሎት ዘመኑ ይቀንሳል፣ እና የሙቀት መከላከያ በተደጋጋሚ ሊነቃ ይችላል።
2. ሙቀትን በእኩል መጠን ማሰራጨት በአንድ ነጥብ ላይ በጣም ሞቃት የሆነ የሙቀት መጠን በዝቅተኛ የሙቀት መጠን ከተሰራጨው ሙቀት የበለጠ አደገኛ ነው።
3. አስተማማኝነትን እና የአገልግሎት ዘመንን ጨምር ብዙ የኤሌክትሮኒክስ ውድቀቶች በከፍተኛ ሙቀት ምክንያት የተፋጠኑ ናቸው። በኤሌክትሮኒክስ ውስጥ ያለው የአውራ ጣት ደንብ ብዙውን ጊዜ የሙቀት መጨመር የሙቀት መከላከያ ቁሳቁሶችን፣ ብየዳውን እና ካፓሲተሮችን እርጅና ሊያፋጥን እንደሚችል ይገልጻል።
4. አነስተኛ ዲዛይን መደገፍ ጥሩ የሙቀት አስተዳደር ሲኖር፣ አምራቾች ደህንነትን እና አስተማማኝነትን ሳይጎዱ ቻርጀሮችን አነስተኛ ማድረግ ይችላሉ።
በብዛት ጥቅም ላይ የሚውሉ የሙቀት ማስተላለፊያ ቁሳቁሶች ዓይነቶች 1. የሙቀት በይነገጽ ቁሳቁስ (TIM) TIM በሞቃት ክፍል እና እንደ “የሙቀት ማሰራጫ/ማሰራጫ” ሆኖ የሚያገለግል ክፍል መካከል የተቀመጠ መካከለኛ ቁሳቁስ ነው፣ ለምሳሌ እንደ ውስጣዊ ክፈፍ፣ የሙቀት ማሰራጫ ወይም የተወሰኑ መያዣዎች። ተግባሩ ሙሉ በሙሉ ጠፍጣፋ ካልሆኑ ቦታዎች የሚመጡ ጥቃቅን ክፍተቶችን መሙላት ነው።
የቡድን ምሳሌዎች፡- የሙቀት ፓድ (የመለጠጥ ወረቀት)፡ ለመጫን ቀላል፣ ክፍተቶችን ለመሙላት ጥሩ።
- የሙቀት ፓስታ/ቅባት፡ ጥሩ የመተላለፊያ አቅም አለው፣ ነገር ግን አተገባበሩ እንዳይበላሽ ንጹህ መሆን አለበት።
- የሙቀት ማጣበቂያ፡- በተመሳሳይ ጊዜ ሙቀትን ያሞቃል እና ያካሂዳል፣ ይህም ለታመቁ ዲዛይኖች ተስማሚ ነው።
በቻርጀርስ ውስጥ፣ TIM ብዙውን ጊዜ ከኬዝ ጋር በተገናኙት የኃይል ክፍሎች እና ውስጣዊ ክፍሎች መካከል ጥቅም ላይ ይውላል፣ ስለዚህም ሙቀቱ ወደ ውጫዊው ገጽ ሊሰራጭ ይችላል።
2. የሙቀት ማስተላለፊያ የፕላስቲክ ቻርጀሮች በአጠቃላይ የፕላስቲክ መያዣን የሚጠቀሙት ጥሩ የኤሌክትሪክ መከላከያ እና ዝቅተኛ ዋጋ ስላለው ነው። ችግሩ የተለመደው ፕላስቲክ ሙቀትን በማሰራጨት ረገድ ብዙም ጥሩ አይደለም። መፍትሄው፡ እንደ ቦሮን ናይትራይድ፣ አሉሚኒየም ናይትራይድ ወይም ሌሎች የሴራሚክ ቅንጣቶች ያሉ ሙቀትን የሚያስተላልፉ ሙሌቶች ያላቸው የተዋሃዱ ፕላስቲኮች። በዚህም ምክንያት ሽፋኑ አሁንም መከላከያ ሆኖ ይቆያል ነገር ግን የሙቀት ማስተላለፊያው ይጨምራል።
ጥቅሞች፡- በኤሌክትሪክ ደህንነቱ የተጠበቀ ሆኖ ይቆያል (ኢንሱሌተር)።
- በኬዝ ወለል በኩል ሙቀትን ለማሰራጨት ይረዳል።
- ለመንካት ደህንነቱ የተጠበቀ መሆን ለሚፈልጉ የሸማቾች መሳሪያዎች የበለጠ ተስማሚ።
ተግዳሮቶች፡- ከፍተኛ የቁሳቁስ ወጪ።
- የማምረቻ ሂደቱ የበለጠ ፈታኝ ሊሆን ይችላል ምክንያቱም መሙያው በሚቀረጽበት ጊዜ የፕላስቲክ ፍሰት ላይ ተጽዕኖ ያሳድራል።
3. ሴራሚክስ እና የሴራሚክ መሙያዎች አንዳንድ ሴራሚክስ ጥቅም ላይ የሚውሉት ሙቀትን ማስተላለፍ ስለሚችሉ እና የኤሌክትሪክ መከላከያዎችም በመሆናቸው ነው። የሙቀት ማስተላለፊያ ለሚያስፈልጋቸው ነገር ግን የኤሌክትሪክ ኃይል ለማይጠቀሙባቸው አካባቢዎች ተስማሚ ነው። ለምሳሌ፣ አንዳንድ ዲዛይኖች የሴራሚክ ክፍሎችን እንደ ሙቀት ማስተላለፊያ መንገዶች ወይም የሙቀት-ኤሌክትሪክ መከላከያዎች ያዋህዳሉ።
የቁሳቁሶች ምሳሌዎች፡- - የአሉሚኒየም ናይትራይድ (AlN)፡- ከፍተኛ የሙቀት አማቂ ኃይል እና ጥሩ የኤሌክትሪክ መከላከያ።
- ቦሮን ናይትራይድ (ቢኤን): ብዙውን ጊዜ እንደ መሙያ ወይም ሉህ ያገለግላል።
4. አልሙኒየም እና መዳብ እንደ ሙቀት ማስተላለፊያዎች ምንም እንኳን የቻርጀር ውጫዊ ሽፋን ብዙውን ጊዜ ፕላስቲክ ቢሆንም፣ ውስጡ አንዳንድ ጊዜ ሙቀቱን ለማሰራጨት የአሉሚኒየም/የመዳብ ወረቀቶች ወይም ክፈፎች አሉት። አልሙኒየም ብዙውን ጊዜ የሚመረጠው ቀላል እና ርካሽ ስለሆነ ነው፣ መዳብ ደግሞ ሙቀትን በተሻለ ሁኔታ ያሰራጫል ነገር ግን ከባድ እና ውድ ነው።
ውስጣዊ የብረት አጠቃቀም ብዙውን ጊዜ ከ TIM ጋር ተጣምሮ ውጤታማ የሆነ የሙቀት ግንኙነት እንዲኖር ያደርጋል። ይሁን እንጂ ዲዛይኑ ለኢንሱሌሽን ርቀት እና ለኤሌክትሪክ ደህንነት (ክሬፔጅ/ክሊራንስ) ትኩረት መስጠት አለበት፣ ምክንያቱም ብረት የኤሌክትሪክ መሪ ነው።
5. ለሙቀት ማሰራጫ የሚሆን የግራፋይት ወረቀት የግራፋይት ወረቀቶች (የግራፋይት የሙቀት ወረቀቶች) እንደ ስማርት ስልኮች ባሉ ቀጭን መሳሪያዎች ላይ በስፋት ጥቅም ላይ ይውላሉ፣ እና አሁን በታመቁ የኃይል መሙያ ዲዛይኖች ውስጥም ከጊዜ ወደ ጊዜ ጠቀሜታ አላቸው። ግራፋይት ሙቀትን በገጽታው ላይ በደንብ የማሰራጨት ችሎታ ስላለው፣ የሽፋኑ ወለል በአንድ ቦታ ብቻ እንዳይሞቅ የሙቀት መጠኑን ለማስተካከል ይረዳል።
የዲዛይን እና የደህንነት ጉዳዮች በቻርጀር ውስጥ ያለውን ሙቀት ማስተዳደር "ሙቀትን የሚያስተላልፉ ቁሳቁሶችን መጨመር" ብቻ ሊሆን አይችልም። በርካታ አስፈላጊ ጉዳዮች አሉ፡ 1. ከ PLN የኤሌክትሪክ ቮልቴጅ ጋር ለተገናኙ ቻርጀሮች የኤሌክትሪክ ማግለል ቅድሚያ የሚሰጠው ጉዳይ ነው። የኤሌክትሪክ ማስተላለፊያዎች (ለምሳሌ አሉሚኒየም/መዳብ) የሆኑ የሙቀት ማስተላለፊያ ቁሳቁሶች በትክክል መቀመጥ እና መከላከያ ሊኖራቸው ይገባል።
2. የሙቀት መጠንን እና የእርጅናን TIM እና የተዋሃዱ ፕላስቲኮችን የመቋቋም አቅም በረጅም ጊዜ የሥራ የሙቀት መጠን የተረጋጋ መሆን አለበት። የተጠናከሩ፣ የተሰነጣጠቁ ወይም የተሸረሸሩ ቁሳቁሶች የሙቀት ንክኪነትን ሊቀንሱ እና በእውነቱ ሙቀትን ሊጨምሩ ይችላሉ።
3. ደንቦች እና የደህንነት ደረጃዎች የኃይል መሙያ ምርቶች የተወሰኑ መመዘኛዎችን ይከተላሉ (ለምሳሌ የገጽታ ሙቀት፣ መከላከያ እና ያልተለመዱ ሁኔታዎችን መቋቋምን በተመለከተ)። አዳዲስ ቁሳቁሶች እነዚህን መስፈርቶች ማሟላት አለባቸው።
4. የተጠቃሚ ምቾት በቴክኒካዊ መልኩ ደህንነቱ የተጠበቀ ቢሆንም፣ ከመጠን በላይ የሚሞቅ ቻርጀር የተጠቃሚውን ተሞክሮ ያበላሻል። ጥሩ የሙቀት ዲዛይን የገጽታ ሙቀት ለመንካት ምቹ ሆኖ እንዲቆይ ያረጋግጣል።
የሙቀት ማስተላለፊያ ቁሳቁሶች በቻርጀር ቅልጥፍና እና መጠን ላይ ያላቸው ተጽእኖ ዘመናዊ ቻርጀሮች ብዙውን ጊዜ የበለጠ ቀልጣፋ እና ፈጣን መቀያየርን የሚፈቅድ የGaN (Gallium Nitride) ቴክኖሎጂን ይጠቀማሉ፣ ይህም መግነጢሳዊ ክፍሎችን መጠን እንዲቀንስ ያስችላል። ይሁን እንጂ፣ GaN ሙቀት አልባ አይደለም - ኪሳራዎችን በቀላሉ ይቀንሳል። ትልቅ ኃይል በትንሽ መጠን ሲሞላ የሙቀት አያያዝ ወሳኝ ሆኖ ይቀጥላል። የሙቀት ማስተላለፊያ ቁሳቁሶች አምራቾች የሚከተሉትን እንዲያደርጉ ያስችላቸዋል፦ - ክፍሎችን የበለጠ በጥብቅ ማስቀመጥ፣ - የሙቀት መጠኑን መጨፍለቅ፣ - እና በትንሽ የቅርጽ ሁኔታ ከፍተኛ አፈፃፀምን መጠበቅ።
በሌላ አነጋገር፣ ሙቀትን የሚያስተላልፉ ቁሳቁሶች ደህንነትን ሳይጎዱ "ትንሽ ግን ኃይለኛ" ቻርጀር እንዲያገኙ ይረዳሉ።
ማጠቃለያ፡- በቻርጀሮች ውስጥ የሙቀት ማስተላለፊያ ቁሳቁሶችን መጠቀም የታመቁ፣ ኃይለኛ እና ደህንነታቸው የተጠበቀ የሆኑ ዘመናዊ ቻርጀሮች ዲዛይን ካደረጉት አስፈላጊ ቁልፎች አንዱ ነው። እንደ ቴርማል ፓድ እና ቴርማል ማጣበቂያዎች ካሉ TIMዎች፣ እስከ ሙቀት-አስተላላፊ ውህዶች ፕላስቲኮች፣ እስከ ሙቀት-አስተላላፊ ሆነው የሚቆዩ ሴራሚኮች፣ እስከ ግራፋይት ወረቀቶች እና የብረት ሙቀት ማሰራጫዎች - ሁሉም ሙቀትን ከወሳኝ ክፍሎች ወደ ሰፊ ቦታ ለማሰራጨት ይሰራሉ ፣ በዚህም ወደ አካባቢው እንዲለቀቅ ያደርጋሉ። በአግባቡ የሙቀት አስተዳደር አማካኝነት ቻርጀሮች የበለጠ ዘላቂ እና ቀልጣፋ ከመሆናቸውም በላይ ለመሣሪያው እና ለተጠቃሚዎቹ የበለጠ ምቹ እና ደህንነቱ የተጠበቀ ናቸው።
ከፈለጉ፣ ይህንን ጽሑፍ ለተወሰኑ ፍላጎቶች - ለምሳሌ ለቴክኖሎጂ ጦማር ልጥፍ፣ ለሳይንሳዊ ጽሑፍ (ከጥቅሶች ጋር) ወይም ለአቀራረብ ቁሳቁሶች - ማበጀት እና የ65W/100W የኃይል መሙያ ዲዛይን እና የሙቀት ፍሰት ዲያግራምን የጉዳይ ጥናት ምሳሌ ማከል እችላለሁ።
