Кубаттоочу түзүлүштөрдө жылуулук өткөрүүчү материалдарды колдонуу
Кубаттоо технологиясы тездик менен өнүгүп жатат. Көлөмдүү жана оор адаптерлерден баштап, жогорку кубаттуулуктагы — 30 Вт, 65 Вт жана ал тургай 100 Вттан жогору — кубаттоого жөндөмдүү кичинекей, жеңил кубаттагычтарга чейин булар азыр жеткиликтүү. Бирок, бул компакттуу конструкциялардын жана жогорку өндүрүмдүүлүктүн артында дайыма кыйынчылык турат: жылуулук. Ашыкча ысык кубаттагычтарды кармоого ыңгайсыздык жаратып гана тим болбостон, натыйжалуулукту төмөндөтүп, компоненттердин эскирүүсүн тездетип, өзгөчө кырдаалдарда бузулууларды жаратышы мүмкүн. Ошондуктан жылуулук өткөргүч материалдарды колдонуу заманбап кубаттагычтардын дизайнынын маанилүү аспектиси болуп саналат.
Эмне үчүн заряддоочу түзүлүш жылуулук чыгарат?
Кубаттоочу түзүлүш, негизинен, дубалдагы розеткадан алынган өзгөрмө токту уюлдук телефондо, ноутбукта же башка түзмөктөрдө колдонууга ылайыктуу туруктуу токко айландырат. Бул өзгөртүү процесси эч качан 100% натыйжалуу болбойт. Энергиянын бир бөлүгү бир нече факторлорго байланыштуу жылуулук катары жоголот:
1. MOSFETтер жана которуштуруу транзисторлору сыяктуу кубаттуулук компоненттериндеги которуштуруу жоготуулары.
2. Трансформаторлордо жана индукторлордо, айрыкча жогорку коммутациялык жыштыктарда жездин жоготуулары жана өзөктүн жоготуулары.
3. Түзөткүчтөгү жана коргоочу компоненттердеги жоготуулар.
4. Айрыкча чоң ток агып жатканда, PCB жолдорунда жана туташтыргычтарында жоготуу.
65 Вт же 100 Вт сыяктуу жогорку кубаттуулуктагы кубаттагычтар көбүрөөк жылуулук бөлүп чыгарууга жакын. Андан тышкары, заманбап кубаттагычтар көбүнчө компакттуу болуп, жылуулукту таратуу үчүн жеткиликтүү мейкиндикти чектейт. Бул жерде жылуулук өткөрүүчү материалдар колдонулат: алар жылуулукту анын булагынан (ысык компоненттен) чоңураак аймакка өткөрүп берүүгө жардам берет, бул анын абага таркатылышына мүмкүндүк берет.
Жылуулук өткөргүч материал деген эмне?
Жылуулук өткөргүч материалдар – бул жылуулуктун берилишин тездете турган салыштырмалуу жогорку жылуулук өткөргүчтүгү (жылуулукту өткөрүү жөндөмү) бар материалдар. Заряддоочу түзүлүштөрдө бул материалдар желдеткичтер сыяктуу "муздаткычтар" катары сейрек колдонулат. Анын ордуна, алар жылуулукту айлана-чөйрөгө чачыратуу үчүн табигый конвекцияга жана радиацияга таянып, жылуулук өткөрүмдүүлүк жана жылуулуктун таралышы принциптери боюнча пассивдүү иштешет.
Жылуулук өткөрүмдүүлүгү адатта Вт/м·К бирдиктеринде көрсөтүлөт. Мааниси канчалык жогору болсо, материал жылуулукту ошончолук жакшы өткөрөт. Жалпы эреже катары:
– Кадимки пластик: аз (жалпысынан < 1 Вт/м·К) - Алюминий: жогору (жүздөгөн Вт/м·К) - Жез: абдан жогору (алюминийден жогору) - Айрым керамика: түрүнө жараша орточодон жогоркуга чейин болушу мүмкүн - Графит/Графен барак: белгилүү бир багыттар боюнча жылуулук таратуучу катары абдан натыйжалуу Заряддоочу түзүлүштөрдөгү жылуулук өткөргүч материалдардын функциясы Заряддоочу түзүлүштөрдө жылуулук өткөргүч материалдарды колдонуу жөн гана "температураны төмөндөтүү" эмес, тескерисинче, конкреттүү дизайн максаттарына ээ: 1. Маанилүү компоненттердин эң жогорку температурасын төмөндөтүү MOSFETтер, диоддор, трансформаторлор жана башкаруу интегралдык схемалары сыяктуу компоненттердин иштөө температурасынын чеги бар. Эгерде ал өтө ысып кетсе, натыйжалуулук төмөндөйт, иштөө мөөнөтү кыскарат жана жылуулуктан коргоо көп учурда активдешип кетиши мүмкүн.
2. Жылуулукту бирдей бөлүштүрүү Бир чекиттеги өтө ысык ысык чекит төмөнкү температурада бирдей бөлүштүрүлгөн ысыкка караганда кооптуураак.
3. Ишенимдүүлүктү жана кызмат мөөнөтүн жогорулатуу Көптөгөн электрондук бузулуулар жогорку температура менен тездейт. Электроникадагы жалпы эреже боюнча, температуранын жогорулашы изоляциялык материалдардын, ширетүүчү түзүлүштөрдүн жана конденсаторлордун эскирүүсүн тездетет.
4. Компакттуу дизайнды колдоо Жакшы жылуулук башкаруусу менен өндүрүүчүлөр кубаттагычтарды коопсуздуктан жана ишенимдүүлүктөн баш тартпастан кичирээк кыла алышат.
Жылуулук өткөргүч материалдардын кеңири колдонулган түрлөрү 1. Жылуулук интерфейсинин материалы (TIM) TIM – бул ысык компонент менен "жылуулук таратуучу/таратуучу" катары иштеген бөлүктүн, мисалы, ички алкактын, жылуулук таратуучунун же айрым корпустардын ортосуна жайгаштырылган ортомчу материал. Анын функциясы толугу менен тегиз эмес беттерден келип чыккан микро боштуктарды толтуруу болуп саналат.
КОМАНДАНЫН мисалдары: - Жылуулук жаздыкчасы (эластикалык барак): орнотуу оңой, боштуктарды толтурууга жакшы.
- Термикалык паста/май: жакшы өткөрүмдүүлүк, бирок чачыранды болуп калбашы үчүн тыкан колдонулушу керек.
- Термикалык желим: бир эле учурда жылуулукту жабыштырат жана өткөрөт, компакттуу конструкциялар үчүн ылайыктуу.
Кубаттоочу түзүлүштөрдө TIM көбүнчө кубат берүүчү компоненттер менен корпуска туташкан ички бөлүктөрүнүн ортосунда колдонулат, ошондуктан жылуулук сырткы бетке жайылып кетиши мүмкүн.
2. Жылуулук өткөргүч пластик кубаттагычтар, адатта, жакшы электрдик изоляциясы жана арзан баасынан улам пластик корпусту колдонушат. Маселе, кадимки пластик жылуулукту жакшы өткөрбөйт. Чечим: бор нитриди, алюминий нитриди же башка керамикалык бөлүкчөлөр сыяктуу жылуулук өткөрүүчү толтургучтары бар композиттик пластмассалар. Натыйжада, корпус изоляциялык касиетин жоготпойт, бирок жылуулук өткөрүмдүүлүгү жогорулайт.
Артыкчылыктары: - Электрдик жактан коопсуз бойдон калат (изолятор).
- Корпустун бети аркылуу жылуулукту таркатууга жардам берет.
- Колго тийүүгө коопсуз болушу керек болгон керектөөчү түзмөктөр үчүн көбүрөөк ылайыктуу.
Кыйынчылыктар: - Материалдык чыгымдардын жогору болушу.
- Толтургуч калыптоо учурунда пластмассанын агымына таасир эткендиктен, өндүрүш процесси татаалыраак болушу мүмкүн.
3. Керамика жана керамикалык толтургучтар Айрым керамикалар жылуулукту өткөрө алгандыктан жана ошол эле учурда электр изолятору болгондуктан колдонулат. Ал жылуулукту өткөрүүнү талап кылган, бирок электр энергиясын өткөрбөгөн аймактарга ылайыктуу. Мисалы, кээ бир конструкциялар керамикалык бөлүктөрүн жылуулукту бөлүп чыгаруу жолдору же жылуулук-электр изоляторлору катары бириктирет.
Материалдардын мисалдары: - Алюминий нитриди (AlN): жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүгү жана жакшы электр изоляциясы.
- Бор нитриди (BN): көбүнчө толтургуч же барак катары колдонулат.
4. Жылуулук таратуучу катары алюминий жана жез Заряддоочу түзүлүштүн сырткы корпусу көбүнчө пластиктен жасалганы менен, ичинде кээде жылуулукту таратуу үчүн алюминий/жез барактары же алкактары болот. Алюминий көбүнчө жеңил жана арзан болгондуктан тандалып алынат, ал эми жез жылуулукту жакшы бөлүштүрөт, бирок оор жана кымбатыраак.
Натыйжалуу жылуулук байланышы үчүн ички металл колдонуу көбүнчө TIM менен айкалыштырылат. Бирок, долбоорлоодо изоляция аралыгына жана электр коопсуздугуна (жыйрылып кетүү/аралык) көңүл буруу керек, анткени металл электр өткөргүч болуп саналат.
5. Жылуулукту бөлүп чыгаруу үчүн графит барак Графит барактары (графит жылуулук барактары) смартфондор сыяктуу жука түзмөктөрдө кеңири колдонулат жана азыр компакттуу кубаттагычтардын конструкцияларында да барган сайын актуалдуу болуп баратат. Графит жылуулукту өзүнүн бетине абдан жакшы бөлүштүрүү жөндөмүнө ээ, бул ысык чекиттерди тегиздөөгө жардам берет, ошондуктан корпустун бети бир гана жерде ысып кетпейт.
Дизайн жана коопсуздук маселелери Заряддоочу түзүлүштөгү жылуулукту башкаруу жөн гана "жылуулук өткөрүүчү материалды кошуу" менен чектелбеши керек. Бир нече маанилүү жагдайлар бар: 1. PLN электр чыңалуусуна туташкан кубаттагычтар үчүн электрдик изоляция артыкчылыктуу бойдон калууда. Электр өткөргүчтөрү болгон жылуулук өткөрүүчү материалдар (мисалы, алюминий/жез) туура жайгаштырылып, жылууланышы керек.
2. Температурага жана эскирүүгө туруктуулук TIM жана композиттик пластмассалар узак мөөнөттүү иштөө температурасында туруктуу болушу керек. Катууланган, жарака кеткен же кичирейген материалдар жылуулук байланышын азайтып, чындыгында жылуулукту жогорулатат.
3. Эрежелер жана коопсуздук стандарттары Заряддоочу өнүмдөр белгилүү бир стандарттарга жооп берет (мисалы, беттин температурасына, изоляцияга жана анормалдуу шарттарга туруктуулукка карата). Жаңы материалдар ушул талаптарга жооп бериши керек.
4. Колдонуучунун ыңгайлуулугу Техникалык жактан коопсуз болгону менен, ысып кеткен кубаттагыч колдонуучу тажрыйбасын начарлатат. Жакшы жылуулук дизайны беттин температурасы тийүүгө ыңгайлуу бойдон калышын камсыздайт.
Жылуулук өткөргүч материалдардын кубаттагычтын эффективдүүлүгүнө жана өлчөмүнө тийгизген таасири Заманбап кубаттагычтар көбүнчө GaN (галлий нитриди) технологиясын колдонушат, ал эффективдүү жана тезирээк которулууга мүмкүндүк берет, ошондуктан магниттик компоненттердин өлчөмүн кичирейтүүгө болот. Бирок, GaN жылуулуксуз эмес — ал жөн гана жоготууларды азайтат. Чоң кубаттуулук кичинекей көлөмгө салынганда, жылуулукту башкаруу абдан маанилүү бойдон калууда. Жылуулук өткөргүч материалдар өндүрүүчүлөргө төмөнкүлөргө мүмкүндүк берет: - компоненттерди бекемирээк жайгаштырууга, - ысык чекиттин температурасын басууга, - жана кичинекей форма факторунда жогорку өндүрүмдүүлүктү сактоого.
Башкача айтканда, жылуулук өткөрүүчү материалдар коопсуздукту бузбастан "кичинекей, бирок күчтүү" кубаттагычты түзүүгө жардам берет.
Корутунду Кубаттоочу түзүлүштөрдө жылуулук өткөргүч материалдарды колдонуу заманбап кубаттоочу түзүлүштөрдүн дизайнынын маанилүү ачкычтарынын бири болуп саналат, алар компакттуу, күчтүү жана коопсуз бойдон калууда. Термикалык жаздыкчалар жана жылуулук желимдери сыяктуу TIMдерден баштап, жылуулук өткөрүүчү композиттик пластмассаларга, жылуулук өткөргүч бойдон калган изоляциялык керамикага, графит барактарына жана металл жылуулук таратуучуларга чейин — мунун баары маанилүү компоненттерден жылуулукту кеңири аймакка багыттоо үчүн иштейт, ошондо ал айлана-чөйрөгө чыгарылышы мүмкүн. Температураны туура башкаруу менен кубаттагычтар бышык жана натыйжалуу гана болбостон, колдонууга ыңгайлуураак жана түзмөк жана анын колдонуучулары үчүн коопсуз болот.
Кааласаңыз, мен бул макаланы белгилүү бир муктаждыктарга ылайыкташтырып, мисалы, технологиялык блог посту, илимий макала (цитаталары менен) же презентация материалдары үчүн ыңгайлаштырып, 65 Вт/100 Вт кубаттагычтын дизайнынын жана анын жылуулук агымынын диаграммасынын мисалын кошо алам.
