हर एक इलेक्ट्रिकल और इलेक्ट्रॉनिक घटक एक सर्किट में उष्मा की कुछ मात्रा उत्पन्न होती है जबकि बिजली की आपूर्ति प्रदान करके सर्किट को निष्पादित किया जाता है। आमतौर पर उच्च-शक्ति अर्धचालक उपकरण जैसे विद्युत ट्रांजिस्टर और ऑप्टो इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे प्रकाश उत्सर्जक डायोड , लेज़र काफी मात्रा में गर्मी उत्पन्न करते हैं और ये घटक गर्मी को नष्ट करने के लिए अपर्याप्त हैं, क्योंकि उनकी अपव्यय क्षमता काफी कम है।
इसके कारण, घटकों को गर्म करने से समय से पहले विफलता होती है और पूरे सर्किट या सिस्टम के प्रदर्शन की विफलता हो सकती है। तो, इन नकारात्मक पहलुओं को जीतने के लिए, शीतलन उद्देश्य के लिए गर्मी सिंक प्रदान किए जाने चाहिए।
हीट सिंक क्या है?
ताप सिंक
हीट सिंक एक इलेक्ट्रॉनिक घटक या उपकरण है विद्युत सर्किट जो आसपास के माध्यम में एक सर्किट के अन्य घटकों (मुख्य रूप से पावर ट्रांजिस्टर) से गर्मी फैलाता है और उनके प्रदर्शन, विश्वसनीयता में सुधार के लिए उन्हें ठंडा करता है और घटकों की समयपूर्व विफलता से भी बचाता है। शीतलन उद्देश्य के लिए, यह एक प्रशंसक या शीतलन उपकरण को शामिल करता है।
हीट सिंक सिद्धांत
ऊष्मा चालन के फूरियर के नियम में कहा गया है कि यदि तापमान प्रवणता किसी पिंड में मौजूद है, तो ऊष्मा एक उच्च-तापमान वाले क्षेत्र से स्थानांतरण करने की अनुमति देगी- तापमान क्षेत्र। और, यह तीन अलग-अलग तरीकों से प्राप्त किया जा सकता है, जैसे कि सम्मेलन, विकिरण और चालन।
हीट सिंक सिद्धांत
जब भी अलग-अलग तापमान वाली दो वस्तुएं एक-दूसरे के संपर्क में आती हैं, तो चालन उच्च-ताप ऑब्जेक्ट के तेज़-गति वाले अणुओं को ठंडा करने वाली वस्तुओं के धीमी गति से बढ़ने वाले अणुओं से टकराकर होता है, और इस तरह थर्मल ऊर्जा को कूलर ऑब्जेक्ट में स्थानांतरित करता है। , और इसे तापीय चालकता कहा जाता है।
इसी तरह, हीट सिंक उच्च तापमान वाले घटक जैसे हवा, पानी, तेल, आदि से ऊष्मा या तापीय ऊर्जा को स्थानांतरित करता है। आमतौर पर हवा का उपयोग कम तापमान वाले माध्यम के रूप में किया जाता है और, यदि पानी का उपयोग माध्यम के रूप में किया जाता है, तो तब इसे ठंडी थाली कहा जाता है।
हीट सिंक प्रकार
गर्मी सिंक को विभिन्न मानदंडों के आधार पर विभिन्न श्रेणियों में वर्गीकृत किया जाता है। आइए प्रमुख प्रकारों पर विचार करें, अर्थात् सक्रिय गर्मी सिंक और निष्क्रिय गर्मी सिंक।
हीट सिंक प्रकार
सक्रिय हीट सिंक
ये आम तौर पर फैन प्रकार के होते हैं और शीतलन उद्देश्य के लिए शक्ति का उपयोग करते हैं। इन्हें हीट सिंक या प्रशंसक भी कहा जा सकता है। प्रशंसकों को गेंद असर प्रकार और आस्तीन असर प्रकार के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। गेंद असर करने वाले मोटर प्रशंसकों को पसंद किया जाता है क्योंकि उनकी कार्य अवधि लंबी होती है और लंबे समय तक इस्तेमाल करने पर वे सस्ते हो जाते हैं। इस प्रकार के हीट सिंक का प्रदर्शन उत्कृष्ट है, लेकिन लंबे समय तक अनुप्रयोगों के लिए नहीं, क्योंकि वे बढ़ते भागों से मिलकर होते हैं और थोड़े महंगे भी हैं।
पैसिव हीट सिंक
इनमें कोई भी यांत्रिक घटक नहीं होता है और ये एल्युमीनियम के महीन रेडिएटर्स से बने होते हैं। संवहन प्रक्रिया का उपयोग करके ये थर्मल ऊर्जा या गर्मी को नष्ट कर देते हैं। ये सक्रिय हीट सिंक की तुलना में सबसे अधिक विश्वसनीय हैं और निष्क्रिय हीट सिंक के कुशल संचालन के लिए, उनके पंखों में निरंतर वायु प्रवाह बनाए रखने की सिफारिश की जाती है।
एल्युमिनियम हीट सिंक
हीट सिंक आम तौर पर धातुओं से बने होते हैं और, एल्यूमीनियम सबसे आम धातु है जिसका उपयोग हीट सिंक में किया जाता है। हम इस तथ्य से अवगत हैं कि प्रत्येक धातु की तापीय चालकता अलग-अलग होती है। धातु की ऊष्मीय चालकता ऊष्मा सिंक में गर्मी हस्तांतरण के लिए आनुपातिक होती है। । इस प्रकार, यदि धातु की तापीय चालकता बढ़ जाती है, तो
हीट सिंक की हीट ट्रांसफरिंग क्षमता भी बढ़ेगी।
एल्युमिनियम हीट सिंक
एल्यूमीनियम की तापीय चालकता 235 W / mK है यह सबसे सस्ती और हल्की धातु है। एल्यूमीनियम हीट सिंक को एक्सट्रूडेड हीट सिंक भी कहा जाता है क्योंकि इन्हें एक्सट्रूज़न का उपयोग करके बनाया जा सकता है।
मुद्रांकित हीट सिंक
ये धातुओं से बने होते हैं जिन्हें एक विशेष आकार बनाने के लिए मुहर लगाई जाती है। जब भी धातु को स्टैंपिंग मशीन के माध्यम से स्थानांतरित किया जाता है, तो यह स्टाम्प हीट सिंक बनाता है। एक्सट्रूडेड हीट सिंक की तुलना में ये सस्ते होते हैं।
इनका उपयोग कम-शक्ति वाले अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है और इसलिए ये प्रदर्शन में कम होते हैं।
मशीनिंग हीट सिंक
इन्हें मशीनिंग प्रक्रिया द्वारा निर्मित किया जाता है, अक्सर देखा गया गैंग का उपयोग सामग्री के एक ब्लॉक को हटाने के लिए किया जाता है ताकि सटीक रिक्ति के साथ अंतर पंख बनाया जा सके। ये बहुत महंगे होते हैं क्योंकि बहुत सारी धातु विनिर्माण प्रक्रिया में अपव्यय के रूप में जा सकती है।
बंधुआ-फिन हीट सिंक
ये अक्सर शारीरिक रूप से बड़े अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किए जाते हैं जिन्हें इलेक्ट्रिक वेल्डिंग और जैसे समझदार प्रदर्शन की आवश्यकता होती है डीसी-डीसी ईंट अनुप्रयोगों । ये धातु के अलग-अलग पंखों को एक हीट सिंक के आधार से जोड़कर बनाए जाते हैं। यह दो तरीकों से किया जा सकता है अर्थात् थर्मल एपॉक्सी जो किफायती है और दूसरा टांकना है जो महंगा है।
तह-फिन हीट सिंक
इन तह-फिन हीट सिंक में बड़े सतह क्षेत्र होते हैं, और तह गर्मी सिंक सामग्री के अधिकारी होते हैं, और इसलिए, उनके पास बहुत उच्च प्रदर्शन और बहुत उच्च गर्मी-प्रवाह घनत्व होता है। इन सिंक में, हवा को किसी प्रकार के नलिका के माध्यम से सीधे गर्मी सिंक में प्रवाहित करने के लिए निर्देशित किया जाता है। यह पूरी चीज को महंगा बनाता है क्योंकि विनिर्माण और डक्टिंग की लागत सिंक की समग्र लागत में शामिल है।
स्किवड हीट सिंक
इन सिंक के निर्माण के लिए स्काइविंग प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है, जिसमें आमतौर पर तांबे के धातुओं के बहुत ही महीन ब्लॉक बनाना शामिल है। इसलिए, इन्हें स्किव्ड हीट सिंक कहा जाता है। ये मध्यम से उच्च प्रदर्शन वाली गर्मी सिंक हैं।
जाली हीट सिंक
कॉपर और एल्युमिनियम जैसी धातुओं का उपयोग कंप्रेसिव फोर्स का उपयोग करके हीट सिंक बनाने के लिए किया जाता है। इस प्रक्रिया को फोर्जिंग प्रक्रिया कहा जाता है। इसलिए, उन्हें जाली हीट सिंक के रूप में नामित किया गया है।
एकल फिन विधानसभा हीट सिंक
ये हल्के वजन के होते हैं और तंग स्थानों में स्थापित किए जा सकते हैं। उनके पास उच्च प्रदर्शन करने की क्षमता भी कम होती है, और उनका उपयोग कई अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है। लेकिन बड़ी कमी यह है कि वे थोड़ा महंगा है।
स्वेद हीट सिंक
स्वैगिंग एक ठंड में काम करने वाली फोर्जिंग प्रक्रिया है लेकिन कभी-कभी इसे गर्म काम करने की प्रक्रिया के रूप में भी किया जा सकता है, जिसमें किसी वस्तु के आयामों को एक बदलाव में बदल दिया जाता है। ये सस्ती, मध्यम प्रदर्शन वाली हैं और वायु-प्रवाह प्रबंधन में सीमित हैं।
इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में हीट सिंक का महत्व
- हीट सिंक एक निष्क्रिय हीट एक्सचेंजर है, और इसे हवा की तरह आसपास के (शीतलन) माध्यम के संपर्क में बड़े सतह क्षेत्र के लिए डिज़ाइन किया गया है। जिन घटकों या इलेक्ट्रॉनिक भागों या उपकरणों को उनके तापमान को कम करने के लिए अपर्याप्त है, उन्हें ठंडा करने के लिए गर्मी सिंक की आवश्यकता होती है। हर तत्व या द्वारा उत्पन्न ऊष्मा इलेक्ट्रॉनिक सर्किट का घटक इसकी विश्वसनीयता में सुधार करने और घटक की समयपूर्व विफलता को रोकने के लिए विच्छेदित किया जाना चाहिए।
- यह हर विद्युत के लिए सीमा में थर्मल स्थिरता बनाए रखता है और किसी भी सर्किट का इलेक्ट्रॉनिक घटक या किसी भी प्रणाली के इलेक्ट्रॉनिक्स भागों। हीट सिंक का प्रदर्शन सामग्री की पसंद, फलाव डिजाइन, सतह उपचार और वायु वेग जैसे कारकों पर निर्भर करता है।
- कंप्यूटर के केंद्रीय प्रसंस्करण इकाइयों और ग्राफिक प्रोसेसर को हीट सिंक का उपयोग करके भी ठंडा किया जाता है। हीट सिंक को हीट स्प्रेडर्स भी कहा जाता है, जिसका उपयोग अक्सर गर्मी को फैलाने के लिए कंप्यूटर की मेमोरी पर कवर के रूप में किया जाता है।
- यदि इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के लिए हीट सिंक प्रदान नहीं किए जाते हैं, तो ट्रांजिस्टर, वोल्टेज नियामक, आईसी, एलईडी और पावर ट्रांजिस्टर जैसे घटकों की विफलता का मौका होगा। जबकि तब एक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट मिलाप , यह तत्वों के हीटिंग से बचने के लिए गर्मी सिंक का उपयोग करने के लिए अनुशंसित है।
- हीट सिंक न केवल गर्मी लंपटता प्रदान करते हैं, बल्कि ऊष्मा अधिक होने पर ऊष्मा को नष्ट कर थर्मल ऊर्जा प्रबंधन के लिए भी उपयोग किया जाता है। कम तापमान के मामले में, गर्मी सिंक का उद्देश्य सर्किट के उचित संचालन के लिए थर्मल ऊर्जा जारी करके गर्मी प्रदान करना है।
हीट सिंक का चयन
हीट सिंक के चयन के लिए हमें निम्नलिखित गणितीय गणनाओं पर विचार करने की आवश्यकता है:
विचार करें
प्रश्न: वॉट में गर्मी अपव्यय दर
T_j: 0C में डिवाइस का अधिकतम जंक्शन तापमान
T_c: 0C में डिवाइस का केस तापमान
T_a: 0C पर परिवेशी वायु तापमान
T_s: 0C में डिवाइस के लिए अधिकतम तापमान हीट सिंक स्थित है
थर्मल प्रतिरोध द्वारा दिया जा सकता है
आर = /T / Q
द्वारा विद्युत प्रतिरोध दिया जाता है
R_e = _V / I
डिवाइस के जंक्शन और मामले के बीच थर्मल प्रतिरोध द्वारा दिया गया है
R_jc = (∆T_jc) / Q
प्रतिरोध को डूबने के मामले द्वारा दिया जाता है
R_cs = (∆T_cs) / Q
परिवेश प्रतिरोध के लिए सिंक द्वारा दिया जाता है
R_sa = (∆T_sa) / Q
इस प्रकार, परिवेश प्रतिरोध के लिए जंक्शन द्वारा दिया जाता है
R_ja = R_jc + R_cs + R_sa = (T_j-T_a) / Q
अब, हीट सिंक की आवश्यक तापीय प्रतिरोधकता है
R_sa = (T_j-T_a) / Q-R_jc-R_cs
उपरोक्त समीकरण में T_j, Q और R_jc के मान निर्माता द्वारा तय किए गए हैं और T_a और R_cs के मूल्य उपयोगकर्ता परिभाषित हैं।
इस प्रकार, आवेदन के लिए हीट सिंक का थर्मल प्रतिरोध उपरोक्त गणना किए गए R_sa से कम या बराबर होना चाहिए।
हीट सिंक का चयन करते समय, विभिन्न मापदंडों को ध्यान में रखा जाना चाहिए जैसे कि हीट सिंक, वायु प्रवाह की स्थिति (प्राकृतिक प्रवाह, कम प्रवाह मिश्रित, उच्च प्रवाह मजबूर संवहन) के लिए थर्मल बजट की अनुमति है।
हीट सिंक की मात्रा आवश्यक थर्मल प्रतिरोध द्वारा वॉल्यूमेट्रिक थर्मल प्रतिरोध को विभाजित करके निर्धारित की जा सकती है। वॉल्यूमेट्रिक थर्मल प्रतिरोध की सीमा निम्न तालिका में निम्नानुसार है।
नीचे दिया गया ग्राफ थर्मल प्रतिरोध के आधार पर हीट सिंक चुनने के उदाहरण के रूप में एल्यूमीनियम हीट सिंक और थर्मल प्रतिरोध के आकार में भिन्नता दिखाता है।
हीट सिंक के क्षेत्र बनाम थर्मल प्रतिरोध
इस लेख में हीट सिंक, विभिन्न प्रकार के हीट सिंक और इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में हीट सिंक के महत्व के बारे में चर्चा की गई है। अधिक जानकारी के लिएहीट सिंक के बारे में जानकारी, कृपया अपने प्रश्नों को पोस्ट करेंनीचे टिप्पणी कर रहा है।
फ़ोटो क्रेडिट:
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- हीट सिंक द्वारा क्षेत्र बनाम थर्मल प्रतिरोध Designworldonline
