Şarj cihazlarında istilik keçirici materialların istifadəsi

Şarj cihazlarında istilik keçirici materialların istifadəsi

Şarj texnologiyası sürətlə inkişaf edir. Həcmli və ağır adapterlərdən tutmuş yüksək güclü şarj etməyə qadir olan kiçik, yüngül şarj cihazlarına qədər - 30 Vt, 65 Vt və hətta 100 Vt-dan çox - bunlar artıq mövcuddur. Lakin, bu kompakt dizaynların və yüksək performansın arxasında daimi bir problem gəlir: istilik. Həddindən artıq istilik şarj cihazlarına toxunmağı narahat etməklə yanaşı, səmərəliliyi azalda, komponentlərin yaşlanmasını sürətləndirə və ekstremal hallarda nasazlıqlara səbəb ola bilər. Buna görə də istilik keçirici materialların istifadəsi müasir şarj cihazı dizaynının vacib bir aspektidir.

Şarj cihazı niyə istilik yaradır?

Şarj cihazı, əsasən, divar rozetkasından AC enerjisini mobil telefon, noutbuk və ya digər cihazlarda istifadə üçün uyğun olan DC enerjisinə çevirir. Bu çevirmə prosesi heç vaxt 100% səmərəli olmur. Bir neçə amil səbəbindən enerjinin bir hissəsi istilik kimi itirilir:

1. MOSFET-lər və kommutasiya tranzistorları kimi güc komponentlərində kommutasiya itkiləri.
2. Transformatorlarda və induktorlarda, xüsusən də yüksək kommutasiya tezliklərində mis itkiləri və nüvə itkiləri.
3. Düzəldici və mühafizə komponentlərindəki itkilər.
4. Xüsusilə böyük cərəyanlar axdıqda, PCB yollarında və konnektorlarında itki.

65 Vt və ya 100 Vt kimi yüksək güclü şarj cihazları daha çox istilik yaratmağa meyllidir. Bundan əlavə, müasir şarj cihazları çox vaxt kompakt olur və istiliyi yaymaq üçün mövcud olan yeri məhdudlaşdırır. İstilik keçirən materiallar burada istifadə olunur: onlar istiliyin mənbəyindən (qaynar komponentdən) daha böyük bir sahəyə ötürülməsinə kömək edir və bununla da onun havaya yayılmasına imkan verir.

İstilik keçirici material nədir?

İstilik keçirici materiallar nisbətən yüksək istilik keçiriciliyinə (istilik keçirmək qabiliyyətinə) malik materiallardır və bu da istilik ötürülməsini sürətləndirə bilər. Şarj cihazları kontekstində bu materiallar nadir hallarda ventilyatorlar kimi "soyuducu" kimi istifadə olunur. Bunun əvəzinə, onlar istilik keçiriciliyi və yayılması prinsipləri ilə passiv şəkildə işləyir, istiliyi ətraf mühitə yaymaq üçün təbii konveksiya və radiasiyaya əsaslanırlar.

İstilik keçiriciliyi adətən Vt/m·K vahidləri ilə ifadə olunur. Dəyər nə qədər yüksəkdirsə, material istiliyi bir o qədər yaxşı keçirir. Ümumi qayda olaraq:
– Tipik plastiklər: aşağı (adətən < 1 Vt/m·K) - Alüminium: yüksək (təxminən yüzlərlə Vt/m·K) - Mis: çox yüksək (alüminiumdan yüksək) - Müəyyən keramika: növündən asılı olaraq orta və ya yüksək ola bilər - Qrafit/Qrafen təbəqəsi: müəyyən istiqamətlərdə istilik yayıcı kimi çox təsirlidir Şarj cihazlarında istilik keçirici materialların funksiyaları Şarj cihazlarında istilik keçirici materialların istifadəsi sadəcə "temperaturu aşağı salmaqdan" kənara çıxır, lakin daha spesifik dizayn məqsədlərinə malikdir: 1. Kritik komponentlərin pik temperaturunu aşağı salmaq MOSFET-lər, diodlar, transformatorlar və idarəetmə mikrosxemləri kimi komponentlərin işləmə temperaturu limitləri var. Əgər onlar çox qızarsa, səmərəlilik azalır, ömrü azalır və istilik qorunması tez-tez aktivləşə bilər. 2. İstiliyin daha bərabər paylanması Tək, son dərəcə isti qaynar nöqtə aşağı temperaturda bərabər paylanmış istidən daha təhlükəlidir. 3. Etibarlılığın və ömrünün artırılması Bir çox elektron nasazlıqlar yüksək temperaturla sürətlənir. Elektronikada əsas qayda budur ki, yüksək temperatur izolyasiya materiallarının, lehimin və kondensatorların yaşlanmasını sürətləndirir. 4. Kompakt dizaynları dəstəkləyir Yaxşı istilik idarəetməsi ilə istehsalçılar təhlükəsizlik və etibarlılıqdan ödün vermədən şarj cihazlarını daha kiçik edə bilərlər. Tez-tez istifadə olunan istilik keçirici materialların növləri 1. İstilik keçirici material (TIM) TIM, isti komponent ilə daxili çərçivə, istilik yayıcısı və ya müəyyən korpuslar kimi "istilik yayıcı/yayıcı" kimi fəaliyyət göstərən hissə arasında yerləşdirilən ara materialdır. Onun funksiyası tamamilə düz olmayan səthlərin yaratdığı mikro boşluqları doldurmaqdır. TIM-in nümunələri: - Termal yastıq (elastik təbəqə): quraşdırılması asandır, boşluqları doldurmaq üçün yaxşıdır. - Termal pasta/yağ: yaxşı keçiricilik, lakin çirklənmənin qarşısını almaq üçün tətbiq səliqəli olmalıdır. - Termal yapışdırıcı: eyni zamanda istiliyi yapışdırır və keçirir, kompakt dizaynlar üçün uyğundur. Şarj cihazlarında TIM tez-tez güc komponentləri və korpusa qoşulmuş daxili hissələr arasında istifadə olunur ki, istilik xarici səthə yayıla bilsin. 2. İstilik keçirici plastik şarj cihazları ümumiyyətlə yaxşı elektrik izolyasiyası və daha aşağı qiymətləri səbəbindən plastik korpuslardan istifadə edirlər. Problem ondadır ki, adi plastik istilik keçirməkdə o qədər də yaxşı deyil. Həll yolu: bor nitridi, alüminium nitridi və ya digər keramika hissəcikləri kimi istilik keçirən doldurucularla kompozit plastik. Nəticədə, korpus izolyasiyaedici olaraq qalır, lakin istilik keçiriciliyi artır.

Üstünlükləri: - Elektrik baxımından təhlükəsiz qalır (izolyator). - İstiliyin korpus səthindən yayılmasına kömək edə bilər. - Toxunuş təhlükəsizliyi tələb edən istehlakçı cihazları üçün daha uyğundur. Çətinliklər: - Daha yüksək material xərcləri. - Doldurucular qəlibləmə zamanı plastikin axınına təsir etdiyi üçün istehsal daha çətin ola bilər. 3. Keramika və Keramika Doldurucuları Müəyyən keramika elektrik izolyatoru olmaqla yanaşı, istilik keçirə bildikləri üçün istifadə olunur. Bu, istilik ötürülməsini tələb edən, lakin elektrik keçirməməli olan sahələr üçün uyğundur. Məsələn, bəzi dizaynlarda keramika hissələri istilik yayma yolları və ya istilik-elektrik izolyatorları kimi birləşdirilir. Materiallara nümunələr: - Alüminium nitrid (AlN): yüksək istilik keçiriciliyi və yaxşı elektrik izolyasiyası. - Bor nitridi (BN): tez-tez doldurucu və ya təbəqə kimi. 4. İstilik yayıcıları kimi alüminium və mis Şarj cihazının xarici korpusu tez-tez plastik olsa da, daxili hissədə bəzən istiliyi yaymaq üçün alüminium/mis təbəqələr və ya çərçivələr olur. Alüminium adətən yüngül və ucuz olduğuna görə seçilir, mis isə istiliyi daha yaxşı yayır, lakin daha ağır və daha bahalıdır. Effektiv istilik təması üçün daxili metallar tez-tez TIM ilə birləşdirilir. Lakin, dizayn izolyasiya məsafəsinə və elektrik təhlükəsizliyinə (sürüşmə/boşaltma) diqqət yetirməlidir, çünki metal elektrik keçiricisidir. 5. İstilik Paylanması üçün Qrafit Lövhəsi Qrafit lövhələri (qrafit istilik lövhələri) smartfonlar kimi nazik cihazlarda geniş istifadə olunur və indi kompakt şarj cihazları dizaynlarında getdikcə daha çox aktuallıq kəsb edir. Qrafit istiliyi səthində çox yaxşı paylamaq qabiliyyətinə malikdir və bu da korpus səthinin yalnız bir yerdə qızmaması üçün isti nöqtələrin bərabərləşməsinə kömək edir. Dizayn və Təhlükəsizlik Mülahizələri Şarj cihazında istiliyi idarə etmək sadəcə "istilik keçirən material əlavə etmək" ola bilməz. Bir neçə vacib mülahizə var: 1. Elektrik izolyasiyası prioritet olaraq qalır Şarj cihazları PLN elektrik gərginliyinə qoşulub. Elektrik keçiriciləri olan istilik keçirən materiallar (məsələn, alüminium/mis) düzgün yerləşdirilməli və izolyasiya edilməlidir. 2. Temperatur və yaşlanmaya qarşı müqavimət TIM və kompozit plastiklər uzunmüddətli işləmə temperaturlarında sabit olmalıdır. Sərtləşmiş, çatlamış və ya büzülmüş materiallar istilik təmasını azalda və əslində istiliyi artıra bilər. 3. Təhlükəsizlik qaydaları və standartları Şarj cihazı məhsulları müəyyən standartlara (məsələn, səth temperaturu, izolyasiya və anormal şəraitə qarşı müqavimətlə bağlı) uyğundur. Yeni materiallar bu tələblərə cavab verməlidir. 4. İstifadəçi rahatlığı Texniki cəhətdən təhlükəsiz olsa da, həddindən artıq qızmış şarj cihazı istifadəçi təcrübəsini pisləşdirəcək. Yaxşı istilik dizaynı səth temperaturunun toxunuş üçün rahat qalmasını təmin edir. İstilik keçirici materialların şarj cihazının səmərəliliyinə və ölçüsünə təsiri Müasir şarj cihazları tez-tez daha səmərəli olan və daha sürətli keçid imkanı verən, daha kiçik maqnit komponentlərinə imkan verən GaN (Qallium Nitrid) texnologiyasını tətbiq edir. Lakin, GaN istiliksiz deyil - sadəcə itkiləri azaldır. Yüksək güc kiçik bir həcmə yığıldıqda, istilik idarəetməsi vacib olaraq qalır. İstilik keçirici materiallar istehsalçılara aşağıdakılara imkan verir: - komponentləri daha sıx yerləşdirmək, - qaynar nöqtə temperaturlarını basmaq, - və kiçik bir forma faktorunda yüksək performansı qorumaq. Başqa sözlə, istilik keçirici materiallar təhlükəsizliyə xələl gətirmədən "kiçik, lakin sürətli" şarj cihazları əldə etməyə kömək edir. Nəticə Şarj cihazlarında istilik keçirici materialların istifadəsi müasir şarj cihazlarının kompakt, güclü və təhlükəsiz dizaynının əsas amillərindən biridir. Termal yastıqlar və istilik yapışdırıcıları, istilik keçirən kompozit plastiklər, istilik keçiriciliyini qoruyan izolyasiya keramikası kimi TIM-lərdən tutmuş qrafit təbəqələrə və metal istilik yayıcılarına qədər - hamısı istiliyi vacib komponentlərdən daha geniş bir sahəyə yönəltmək üçün çalışır ki, ətraf mühitə buraxıla bilsin. Düzgün istilik idarəetməsi ilə şarj cihazları yalnız daha davamlı və səmərəli deyil, həm də istifadəsi daha rahatdır və həm cihaz, həm də istifadəçi üçün daha təhlükəsizdir. İstəsəniz, bu məqaləni xüsusi ehtiyaclar üçün - məsələn, texnologiya bloq yazıları, elmi məqalələr (sitatlarla) və ya təqdimat materialları üçün - fərdiləşdirə və 65W/100W şarj cihazlarının dizaynlarının və onların istilik axını diaqramlarının nümunələrini daxil edə bilərəm.