Полезные советы

Перед тем, как начать узнавать все секреты сохранения тепла в доме, стоит обратить внимание на то, как ускользает тепло из нашего дома (процент от всех потерь в обычном панельном доме):

* Стены и двери - 42%

* Вентиляция - 30%

* Окна - 16%

* Подвалы - 5%

* Крыша - 7%

Как сохранить тепло в доме

1. Утром откройте занавеси и/или жалюзи, чтобы солнечный свет попадал в дом. Стекло в окне позволяет свету проходить внутрь, но не выходить обратно. В доме свет накапливается, отталкиваясь от стен и мебели, и в итоге превращается в тепло.

2. Ночью используйте толстые (плотные) занавеси, чтобы не позволять теплу ускользать через окна. Без солнечного света окна становятся вашим врагом. Создайте толстые обои, чтобы не позволить теплу уйти.

* Можно использовать просто толстое одеяло, к которому прикрепляется стержень или палка для сохранения формы.

Измерьте свое окно и найдите что-то твердое, например жесткий стержень или крепкую палку, на которую далее вы сможете наматывать занавес. Можно также использовать прежний стержень от бывшей занавески (если он у вас есть).

* Можно также использовать два куска плотной ткани. Для этого есть инструкция:

2.1 Приготовьте два куска плотной ткани. Положите оба куска ткани один на другой рисунком друг к другу. Закрепите все булавками и обрежьте так, чтобы в итоге получить размер на несколько сантиметров больше, чем размеры окна.

2.2 С трех сторон прошейте все слои. На последней 4-й стороне прошейте треть всей длины с каждого конца (получится, что посередине останется одна не прошитая треть). Используйте не прошитую часть, чтобы вывернуть ткани наизнанку.

2.3 Вставьте в отверстие стержень и закрепите его строчкой, а также прошейте ткани до конца.

* Если шторы длинные и закрывают батареи, то к нижнему краю шторы прикрепите петли, а посередине шторы пришейте пуговицы. Так вы сможете нанизать петли на пуговицы, поднимая шторы над батареей.

3. Загерметизируйте старые оконные рамы, чтобы избежать утечки тепла. Вам не придется тратить много - недорогой герметик можно найти в любом строительном магазине. Также у вас это займет совсем немного времени.

4. Если у вас осталась пузырчатая пленка от товаров, которые в нее оборачивали, отрежьте нужный вам размер. Стоит отметить, что такую пленку можно купить отдельно. Разбрызгайте немного воды на окно и прислоните пленку пузырями к окну – вода будет служить клеем для пленки, и пятен потом не останется. Так вы сможете сократить потерю тепла на 50%.

Как сделать пол теплее

5. Покройте полы коврами. Нет ничего неприятнее, чем становиться босыми ногами на холодный пол утром. Кроме приятного ощущения, ковры также создают дополнительный изоляционный слой, который не позволяет холодному воздуху с пола подняться, а значит, ваши ноги будут вам благодарны.

6. Используйте герметизирующую прокладку (вату или поролон, например), чтобы закрыть все щели в окнах. После этого оклейте щели полосками хлопчатобумажной ткани (ширина каждой полоски 4-5 см). Так вы не дадите теплу ускользнуть из дома.

7. Желательно иметь в доме толстые, массивные двери, которые сохранят вам много тепла. Можно также обить старую входную дверь кожзаменителем, наполненным поролоновой прокладкой.

Все щели желательно заштукатурить монтажной пеной. Если вы решили установить новую дверь, то посмотрите можно ли сохранить старую, т.к. две входные двери создают воздушную прокладку между собой, и она изолирует тепло.

Как сохранить тепло вашего дома

8. Прикрепите лист фольги за радиатором, и он будет отражать тепло назад в комнату, при этом мало тепла ускользнет через стену. Стоит отметить, что зазор между фольгой и батареей должен быть минимум 3 см.

9. Если по тем или иным причинам не получается прикрепить экран из металлической фольги, попробуйте утеплить дом снаружи. Закажите утепление торцевой стены (как правило, это делают специальными плитами).

10. Принимайте душ с открытой дверью (если это возможно). Тепло и влажный воздух, созданные во время купания, поднимут температуру воздуха во всем доме.

11. Сушите вещи в доме. Также как и купание с открытой дверью, этот способ увеличивает влажность воздуха, и вам станет приятнее и комфортнее.

Утепление дома своими руками

12. Переставьте мебель

Не можете позволить себе утеплить стены снаружи? Тогда попробуйте переставить мебель. К примеру, около самой холодной стены поставить большой шкаф. Но заметьте, что диван не стоит ставить вблизи батареи, т.к. вы нарушите воздухообмен.

13. Если у вас есть треснутые окна, обязательно их замените.

14. Если вы решили что-то испечь – оставьте дверь на кухне открытой, чтобы тепло духовки и/или плиты распространялось по всему дому.

15. В последнюю очередь можете приобрести обогреватель.

Как выбрать обогреватель

Перед тем, как приобрести обогреватель, стоит знать несколько вещей.

Сначала вам нужно определиться, для чего он вам нужен. Отталкиваясь от этого, стоит выбирать насколько мощный потребуется обогреватель. Узнайте площадь помещения (комнаты). Обычная квартира с потолками 2,75 - 2,8 м нуждается в обогревателе мощностью не меньше 1 кВт на каждые 10 кв. м.

Большим плюсом будет присутствие в обогревателе регулятора температуры и мощности. Есть несколько типов обогревателей:

15.1 Масляный обогреватель

Как он работает:

Внутри такого обогревателя есть 2 или 3 тэна, которые используются для нагревания минерального масла. У данного масла довольно высокая температура кипения и когда оно нагревается, то тепло отдается по всей металлической поверхности аппарата.

С помощью такого нагревателя воздух греется довольно быстро, к тому же масляный обогреватель не пересушивает воздух. Он может быть оснащен термостатом, с помощью которого обогреватель отключается, когда температура достигнет установленного уровня.

15.2 Конвектор

Как он работает:

Холодный воздух пропускается через тэн и нагревается, а после этого выходит через решетки, находящиеся в верхней части прибора. Дополнительным источником тепла выступает корпус конвектора, который также нагревается. Но ставить обогреватель стоит подальше от мебели, т.к. теплый корпус может ее испортить.

Конвекторы можно крепить к стене или ставить на специальные ножки. Прибор довольно безопасен, т.к. его нагревательный элемент спрятан внутри корпуса. Если конвектор имеет термостат, то он может работать непрерывно.

Единственный минус в том, что обогреватель медленно греет помещение. Его стоит использовать для поддержания нужной температуры.

15.3 Тепловой вентилятор

Как он работает:

Внутри данного обогревателя находится тонкая спираль, которая сильно нагревается. Тепло, созданное нагревом спирали распространяется по помещению с помощью вентилятора.

Воздух в помещении нагревается довольно быстро, к тому же сам прибор легко переносить, т.к. он довольно легкий. Обычно тепловой вентилятор используется в офисах.

Но стоит отметить, что прибор высушивает воздух, что в свою очередь вредит здоровью. Тепловой вентилятор нежелательно использовать там, где есть астматик. Еще один минус такого аппарата - это постоянный шум при его работе.

15.4 Инфракрасный обогреватель (кварцевый излучатель)

Как он работает:

Этот прибор, в отличие от других, нагревает предметы вокруг него, а не воздух. Далее обогрев помещения происходит благодаря теплу, исходящему от нагретых полов, стен и мебели. Это позволяет экономить электричество, т.к. сам прибор может не работать, а помещение продолжает находиться в тепле.

Если на первом месте - экономия, то стоит выбирать именно такой обогреватель. Но стоит знать, что инфракрасные кварцевые излучатели самые дорогие и для их установки нужен специалист.

Известно, что КПД мощных светодиодов на порядок выше, чем у ламп накаливания. В то же самое время, большая часть энергии, потребляемой светодиодами (около 75%), все-таки уходит в рассеиваемое тепло. С ростом светового потока от светодиодных источников растет тепловыделение. По оценкам некоторых международных и отечественных экспертов, обеспечение эффективного теплоотвода в светодиодной (LED) светотехнике - одна из наиболее актуальных задач, стоящих сегодня перед разработчиками и производителями данной продукции. Настоящая статья посвящена решению задач теплоотвода в современной светодиодной светотехнике при помощи эффективных теплопроводящих материалов.

Почему важен эффективны отвод тепла в светодиодной светотехнике

В отличие от традиционных ламп накаливания и газоразрядных ламп современные светодиоды чувствительны к высоким температурам:

• во-первых, при перегреве светодиода уменьшается его эффективность, падает световой поток, изменяется цветовая температура, а срок службы может сокращаться в разы;
• во-вторых, при температуре 80°С интенсивность свечения падает примерно на 15% в сравнении с интенсивностью при комнатной температуре. Как результат, светильник с двадцатью светодиодами при температуре 80°С может иметь световой поток, эквивалентный потоку от семнадцати светодиодов при комнатной температуре. При температуре перехода в 150°С, интенсивность света светодиодов может упасть на 40%!
• в-третьих, у светодиодов присутствует отрицательный температурный коэффициент прямого напряжения, т.е. при повышении температуры происходит уменьшение прямого напряжения светодиодов. Обычно этот коэффициент составляет от -3 до -6 мВ/K, поэтому прямое напряжение типичного светодиода может составлять 3,3В при +25°C и не более 3В при +75°C. Если источник питания не позволяет снижать ток на светодиодах, то это может привести к ещё большему перегреву и выходу светодиодов из строя. Кроме того, многие источники питания для светодиодных светильников рассчитаны на температуру эксплуатации до +70°С.

Таким образом, для эффективной работы многих светодиодных устройств важно обеспечить температуру не более 80°С как в области p-n-перехода светодиодов, так и в области источника питания. Несоблюдение рекомендуемого температурного режима может приводить к потере количества и качества света, увеличению стоимости света от светодиодного устройства, а также сокращению жизни прибора.

Реализация теплоотвода в светодиодной светотехнике

Наиболее распространённым способом отведения избыточного количества тепла от мощных светодиодов и микросхем является его передача на печатную плату (в том числе и платы с металлическим основанием - MC PCB, AL PCB, IM PCB), подложку или другие конструктивные элементы электронного устройства. Также применяется установка радиатора на перегревающийся компонент (или перегревающегося компонента на радиатор), что увеличивает площадь лучистого и конвекционного обмена. Затем тепло передается в окружающую среду преимущественно при помощи конвекции. Это относительно недорогие и эффективные методы, однако в каждом случае эффективность теплоотвода будет зависеть от эффективности передачи тепла в области контакта двух поверхностей.

Дело в том, что поверхности источника тепла и теплоприемника имеют шероховатости и неровности. При контакте плоскостей в большинстве случаев возникают зазоры (микрополости), в которых содержится воздух (рис. 1). Как результат – контакт между плоскостями происходит точечно, что существенно увеличивает тепловое сопротивление перехода.

Рис. 1 Схематичное изображение контакта двух поверхностей

Важно помнить, что воздух имеет коэффициент теплопроводности около 0,02 Вт/м*К, что крайне мало, и примерно в 40 раз меньше, чем у типичных теплопроводящих паст. Таким образом, в связи с наличием воздуха между контактирующими поверхностями возникает высокое сопротивление тепловому потоку, и эффективность отвода тепла существенно падает. Чтобы избежать этого негативного эффекта от присутствия воздуха используют теплопроводящий материал, который заполняет зазоры. Тип материала выбирают, исходя из рассеиваемой мощности, конструктивных особенностей изделия и уровня теплопередачи.

Уровни теплопередачи в типовом светодиодном устройстве

Рассмотрим несколько уровней передачи тепла в типичном LED светильнике (рис. 2).

Рис. 2 Уровни теплопередачи в светодиодном устройстве

Уровень 1: передача тепла от светодиода на печатную плату или основание. Этот уровень характеризуется очень малой площадью теплового потока и относительно большим количеством передаваемого тепла. Таким образом, для обеспечения эффективной теплопередачи нужен материал, который обеспечит минимальное тепловое сопротивление в области контакта поверхностей. Часто для обеспечения теплопередачи на первом уровне теплоотводящее основание светодиодов припаивают к плате. Пайка – хороший вариант для теплопередачи, так как коэффициент теплопроводности типичного припоя – 85 Вт/м*К, но использование данного способа в ряде случаев ограничено из-за технологических соображений.

Альтернативой пайке может служить применение теплопроводящих клеев или паст с высокой теплопроводностью (до 7 Вт/м*К для материалов Dow Corning).

Уровень 2: передача тепла от платы (модуля) со светодиодами на радиатор или другую рассеивающую тепло поверхность. Этот уровень характеризуется большой площадью передачи и менее мощным удельным тепловым потоком, в сравнении с рассмотренным ранее первым уровнем. Для обеспечения теплопередачи на втором уровне можно использовать материалы с относительно невысокой теплопроводностью (в пределах 2 Вт/м*К). В качестве теплопроводящего материала (в зависимости от конструкции изделия) могут использоваться силиконовые теплопроводящие пасты, клеи, подложки или компаунды.

Когда светодиоды устанавливаются непосредственно на радиатор, первый и второй уровни теплопередачи совпадают. В этом случае в качестве теплопроводящего материала можно использовать теплопроводящие пасты или клеи с высокой теплопроводностью.

Применение теплопроводящих паст

Важно учитывать, что для использования в современных светодиодных устройствах теплопроводящие пасты должны иметь широкий диапазон рабочих температур. Для уличного светильника такой диапазон может составлять от -50°С до +100°Си выше. Опыт показывает, что широко распространенные и популярные на отечественных производствах традиционные теплопроводящие пасты в ряде случаев не отвечают таким жестким требованиям. Поэтому через относительно короткий период времени паста может высохнуть, потерять свои полезные свойства и, как следствие, теплопередача будет нарушена.

Хорошо зарекомендовавшим себя материалом в светодиодной светотехнике для задач теплопередачи второго уровня является силиконовая теплопроводящая паста Dow Corning SC 102. Теплопроводность 0,8 Вт/м*К дает возможность использовать её во многих светодиодных конструкциях, а диапазон рабочих температур от -45°С до +200°С обеспечивает эффективную и надежную теплопередачу практически при любых возможных температурах эксплуатации светильника. Для более эффективного отвода тепла от теплонагруженных компонентов (задачи первого уровня теплопередачи), можно использовать пасты Dow Corning с более высоким коэффициентом теплопроводности вплоть до 7 Вт/м*К (Dow Corning TC-5600).

Применение теплопроводящих клеев

Избавиться от дополнительных элементов крепления можно, используя силиконовые теплопроводящие клеи. В дополнение к теплоотводу они обеспечивают ещё и механическую фиксацию, что дает возможность упростить процесс сборки светильника. Силиконовые теплопроводящие клеи прекрасно работают в широком диапазоне температур и обладают высокой теплопроводностью, что обуславливает их широкое применения в современной светодиодной технике. В качестве примера можно привести несколько силиконовых теплопроводящих клеев Dow Corning и рассмотреть их особенности (таблица 1).

Рис. 3 Применение теплопроводящих клеев

Таблица 1 Сравнительные характеристики теплопроводящих клеев** Dow Corning

Применение теплопроводящих силиконовых компаундов

Часто светодиодная техника оказывается подвержена неблагоприятным воздействиям окружающей среды: влажность, соляной туман, кислотные осадки, загрязнение пылью и т.п. Это информационные LED экраны, светильники уличного освещения, светильники взрыво-безопасного исполнения, светофоры и т.п.

Рис. 4 Варианты защиты светодиодного светильника

Есть несколько способов защиты LED устройств от воздействия внешней среды. Традиционно используют стекло, которым закрывают устройство. Однако тепловой режим устройства и его оптические характеристики при таком способе защиты не становятся лучше. Кроме того, в подавляющем большинстве случаев замкнутое пространство под защитным стеклом светильника остается заполнено воздухом, поэтому при определенных условиях под стеклом светильника может образовываться конденсат (рис. 4). Это может изменить оптические свойства светильника, вызвать коррозию и короткие замыкания в устройстве. Очевидно, что современный светильник требует более современных решений для защиты устройства.

Многие производители для защиты устройства всё чаще используют теплопроводящие заливочные компаунды (рис. 5, 6). В этом случае плата или светильник заливается с внешней стороны до уровня оптических элементов (светодиодов). Таким образом, при помощи одного материала обеспечивается отвод тепла от светодиодов, защита светодиодного устройства от негативного воздействия внешней среды и дополнительная механическая прочность светильника.

Такое решение может повысить эффективность сборки, надежность и конкурентоспособность светодиодного устройства.

Хорошим решением для заливки светодиодного устройства могут быть силиконовые компаунды Sylgard 160 и Sylgard 170. Материалы характеризуются теплопроводностью до 0,6 Вт/м*К и возможностью полимеризации при любой глубине заливки. Время полимеризации компаундов составляет несколько минут при повышенной температуре (4 минуты при 100°С). Также возможна полимеризация и при комнатной температуре, но время отверждения будет дольше. Основные различия озвученных материалов в том, что Sylgard 170 более текучий (2000сП против 6000сП у Sylgard 160). Это определяет выбор компаунда для решения конкретной задачи.

Рис. 5 Пример заливки светодиодной панели и светильника теплопроводящими компаундами Dow Corning

Кроме того, таким же образом можно поступить при защите источника питания (драйвера) от негативных внешних воздействий. Принцип тот же: компаунд заполняет объём, в котором ранее был воздух, при этом улучшается тепловой баланс всего блока. Такое решение является общепринятой мировой практикой.

В некоторых конструкциях светильников драйвер оказывается заключенным в корпусе светильника. Из-за ограниченного теплообмена драйвер может перегреться и переключиться в режим «защита от перегрева». Для примера можно рассмотреть тепловую модель светодиодного светильника, где красная зона в центре показывает перегретый драйвер (рис. 6). В ряде случаев воздух, окружающий источник питания, может выступать в роли теплоизолятора и ограничивать теплопередачу на корпус светильника. Выходом из такой ситуации может быть заполнение пространства вокруг источника питания материалом с высокой теплопроводностью, например, теплопроводящим силиконовым компаундом.

Рис. 6 Тепловая модель светильника

Применение теплопроводящих подложек

Для повышения технологичности сборки и упрощения конструкции светодиодного светильника полезным решением могут быть теплопроводящие подложки. Этот класс материалов представляет собой заранее отвержденный силиконовый гель со специальными свойствами. Теплопроводность до 3,5 Вт/м*К и толщина от 0,25 до 5,0 мм позволяют решать широкий спектр задач по отводу тепла с поверхности печатных узлов (данные приведены для материалов Dow Corning, таблица 2).

Таблица 2 Линейка теплопроводящих подложек Dow Corning

С точки зрения конструкции изделия в дополнение к функции передачи тепла подложки могут выполнять еще и функцию заполнения воздушных зазоров до 4 мм и более (можно складывать подложки в несколько слоев). Эта возможность полезна как при производстве светодиодных устройств, так и при производстве источников питания. Дополнительно, благодаря высоким диэлектрическим свойствам и хорошей сжимаемости, одна подложка может обеспечить отвод тепла с любой площади печатного узла и от компонентов различных размеров и форм (рис. 7).

Рис. 7 Применение теплопроводящих подложек в светодиодной технике

С технологической точки зрения применение теплопроводящих подложек упрощает и сокращает процесс сборки светодиодной техники. Подложки не требуют процессов полимеризации, что исключает необходимость применения специального оборудования для отверждения, сокращает затраты времени на сборку, уменьшает потребление электроэнергии и человеческих ресурсов.

Применение теплопроводящих подложек способно повысить конкурентоспособность светодиодной техники как за счет обеспечения высокого качества продукции, так и за счет оптимизации себестоимости.

Заключение

Еще раз подчеркнем, что по оценкам экспертов, обеспечение эффективного теплоотвода в светодиодной светотехнике – одна из наиболее актуальных задач, стоящих сегодня перед разработчиками и производителями данной продукции. Вполне вероятно, что успешными производителями светодиодной светотехники завтрашнего дня будут именно те, кто раньше найдет и применит современные решения по обеспечению теплового режима работы устройств. Применение современных теплопроводящих материалов является как раз одним из тех решений, которые помогут повысить конкурентоспособность светодиодной техники за счет обеспечения высокого качества продукции и оптимизации себестоимости. Специалисты Остека готовы помочь вам в поиске таких решений и применении их на практике!

Автор, должность: Вячеслав Ковенский, начальник отдела; Александр Савельев, ведущий инженер Отдел: Направление технологических материалов Email: [email protected] Издание: Информационный бюллетень «Поверхностный монтаж», февраль 2011, №1

Не секрет, что два одинаковых по внутренней начинке ПК могут иметь очень разную производительность только из-за того, что система отвода тепла на одном из них реализована лучше. Современный пользователь должен начинать подбор компонентов для сборки своего настольного ПК с выбора просторного корпуса с низким импедансом и подбора компонентов охлаждения или даже создания целой системы отвода тепла из настолько ПК. Как ни странно, но при современных тенденциях развития компьютерных устройств отвод тепла выходит на первое место по значению для производительной и надежной работы компьютерных систем.

Источники выделения тепла

Для того, чтобы определиться с системой охлаждения вашего ПК, необходимо знать источники выделения тепла. Понятно, что все устройства, входящие в состав ПК, потребляют электричество и, соответственно, выделяют тепло.
Больше всего энергии потребляет центральный процессор. Мощность тепловыделения современного (даже одноядерного) процессора Intel Pentium 4 с тактовой частотой 3,8 ГГц составляет 130 Вт! Еще несколько лет назад весь персональный компьютер (исключая монитор) потреблял такое количество энергии.

В 1965 году, за три года до того, как Гордон Мур (Gordon E.Moore) стал одним из основателей корпорации Intel, возглавляемая им группа ученых завершала разработку новых микросхем, объединяющих в себе рекордное по тем временам количество элементов на одной микросхеме — 60 транзисторов. По просьбе журнала Electronics Гордон Мур написал статью, в которой сделал прогноз относительно того, как будут совершенствоваться полупроводниковые устройства в течение ближайших десяти лет. Мур предположил, что к 1975 году количество транзисторов в одной интегральной схеме составит 65 тысяч. В конце 1980 годов прогноз Мура стали уже называть законом Мура, и теперь он стал означать удвоение вычислительной производительности, измеряемой в миллионах команд в секунду (MIPS) каждые 18 месяцев за счет роста количества транзисторов на одной подложке.

Сегодня не только центральные процессоры, но и графические процессоры видеокарт и даже микросхемы чипсета системных плат имеют по нескольку миллионов транзисторов, и, несмотря на то, что последние имеют очень маленькие размеры, сопоставимые с размерами отдельных вирусов, общее тепловыделение растет с каждым годом. В этой связи можно уже вводить новый закон «Мура-калорифера» о том, что с удвоением количества элементов на одной подложке количество выделяемого тепла утраивается.

Итак, главными источниками выделения тепла в компьютере являются центральный процессор, графический процессор видеокарты и чипсет системной платы.
С учетом того, что частота работы памяти ПК с каждым годом растет и сегодня уже применяются модули памяти DDR II, работающие на высоких частотах производительностью до DDR2 1000, то подсистема памяти ПК также выделяет значительное количество тепла.

Еще одним крупным источником тепла стали накопители на жестких дисках. В первую очередь из-за того, что скорость вращения самых распространенных винчестеров для настольных ПК уже составляет 7200 об./мин. При этом для создания быстрой и надежной подсистемы памяти даже в настольных ПК пользователи применяют создание RAID-массивов из двух и даже четырех жестких дисков, работающих одновременно.

Суммарное потребление всех компонентов ПК настолько высокое, что рекомендуемая мощность блока питания составляет 450 Ватт и более. Только представьте: почти полкиловатта на столе у рядового домашнего пользователя. Это тепло необходимо отводить самым решительным образом.

Зачем отводить тепло от
домашнего игрового ПК?

На этот, казалось бы, глупый вопрос многие домашние пользователи не знают ответа. Многие знают, что производители процессоров и материнских плат используют различные технологии тепловой защиты. Только компания Intel для своих процессоров применяет сразу три режима тепловой защиты: Thermal Monitor, Thermal Monitor 2 и режим аварийного отключения. Благодаря этим технологиям процессор не сгорит и не превысит допустимых рабочих температур. Подобные механизмы мониторинга за температурой имеются и на системной плате. Чего опасаться-то?

Однако не стоит забывать, что данные механизмы тепловой защиты были придуманы на случай, когда кулер процессора вышел из строя или когда система охлаждения ПК не справляется с охлаждением процессора до оптимального уровня. А потому процессор может постоянно работать на более низких частотах, или в режиме «холостых тактов». Так что от того, как работает система охлаждения вашего ПК, зависит не только надежность его работы, но и производительность.

Отвод тепла — главное условие повышения производительности и надежности ПК

Борьбу за эффективный отвод тепла необходимо начинать с правильного выбора корпуса будущего ПК. В зависимости от назначения будущего ПК корпуса можно разделить на несколько типов:

Корпуса для домашних игровых ПК
корпуса для домашних универсальных ПК
корпуса для домашних мини-ПК
корпуса для мультимедийных центров (entertainment PC)
корпуса для рабочих станций.

К главным критериям выбора корпуса с позиций эффективного отвода тепла относятся его следующие параметры:

Объем корпуса и его импеданс (упрощенно — внутреннее сопротивление отводу тепла)
толщина стенок корпуса и несущей рамы
количество отсеков для установки различных устройств (оптические дисководы, винчестеры и т.п.)
количество установочных мест для вентиляторов и их типоразмер
наличие вентиляционных отверстий на передней панели корпуса
характеристики блока питания
наличие специализированных элементов для отвода и контроля за работой устройств отвода тепла.

Объем корпуса во многом определяет его импеданс и, соответственно, эффективность системы теплоотвода, которую можно реализовать в корпусе.

Толщина стенок корпуса, а также толщина несущей рамы определяет акустические характеристики корпуса. При достаточной толщине металла (не менее 0,8 мм) сильно снижается уровень шума за счет отсутствия вибрации. Дешевые корпуса, которые в большинстве своем выбирают пользователи Узбекистана за счет низкой цены, изготавливаются из металла толщиной не более 0,5-0,6 мм, поэтому при работе стенки этих корпусов входят в резонансную вибрацию. Если же установить в корпус еще и дополнительные вентиляторы, то уровень шума, издаваемого ПК, становится просто невыносимым, и пользователь зачастую отключает дополнительные вентиляторы вместо того, чтобы выбрать нужный корпус.

Количество отсеков для установки различных внутренних устройств должно соответствовать текущим и перспективным потребностям пользователя. В некоторых корпусах для установки, например, жестких дисков предусматриваются резиновые демпферы, предотвращающие прямой контакт жесткого диска с шасси корпуса, что важно при создании малошумного ПК. С учетом того, что на современный жесткий диск дополнительно устанавливаются средства охлаждения, это обстоятельство имеет большое значение.

Работу устройств охлаждения и мониторинг процесса отвода тепла лучше всего контролировать визуально при помощи специальной панели приборов, поэтому приветствуется наличие в корпусе элементов для контроля за работой устройств отвода тепла. Впрочем, на рынке широко представлены специальные панели подобного рода, которые легко устанавливаются в стандартный разъем 5,25″, иногда и в разъем 3,5″.

Приветствуется также наличие в корпусе специальных решеток, пластических кожухов и других конструктивных элементов для повышения эффективности отвода тепла за пределы системного блока ПК.

Стоимость такого корпуса составляет, как правило, около $100, при том что цена большинства продаваемых у нас на рынке корпусов составляет в эквиваленте от 25 до 35 долларов США.

Корпуса для игровых ПК, за редким исключением, выполнены в виде большой башни (big tower), и основное внимание в этих корпусах уделяется возможности создания эффективной системы охлаждения. Поэтому корпуса для игровых ПК обладают низким импедансом (достаточно просторны внутри), имеют не менее 4 дополнительных вентиляторов с типоразмерами 92 или 120 миллиметров. При этом важно понимать, что один из них (вытяжной) в обязательном порядке располагается на задней панели корпуса, второй (а еще лучше два параллельных) устанавливается на передней панели корпуса и работает на вдув. Кроме этого, нужно предусмотреть вентилятор и на боковой панели.

Очень эффективно отводят тепло от процессора корпуса, в котором имеется специальный пластиковый кожух для отвода тепла. Просто и надежно.

Системы охлаждения

Сегодня трудно поверить, что еще десять лет назад на процессорах не было ни радиаторов, ни кулеров. По мере роста тактовых частот росло тепловыделение процессоров. Сначала появились на процессорах радиаторы, а затем на радиаторы дополнительно стали устанавливать вентиляторы, такие наборы и называются теперь всем знакомым словом кулер.

С учетом стремительного роста тепловыделения сегодня разработано большое количество систем охлаждения, которые отличаются как принципом функционирования, так и среды, используемой для отвода тепла. Современные системы теплоотвода можно разделить на следующие категории:
пассивные системы охлаждения на основе радиаторов
системы охлаждения на основе тепловых трубок
воздушные системы охлаждения
жидкостные системы охлаждения
системы охлаждения на основе модулей Пельтье
криогенные системы охлаждения.

Если говорить о настольных ПК, что пока криогенные методы охлаждения в них не используются, но для охлаждения, например, серверов используются установки, которые по принципу работы мало чем отличаются от холодильника, где компрессор сжимает хладагент, а тот, испаряясь, охлаждает испаритель.

Пассивные системы охлаждения

Традиционная и наиболее распространенная система охлаждения процессора или любой горячей микросхемы (например, чипсета системной платы) именуется кулером и включает в себя радиатор и вентилятор. Радиатор увеличивает интенсивность теплообмена между термокрышкой (сегодня практически все кристаллы процессоров защищены специальной термоплощадкой) процессора и внешним пространством. Радиаторы, как правило, выполняются из алюминия, меди или их комбинации. Лучшие показатели по теплообмену имеют медные радиаторы (самые крутые из них имеют чистоту меди до четырех девяток), но они более дороги. Немаловажны размер (масса) и форма радиатора. Относительно компактный радиатор может эффективно отводить тепло лишь в небольших пределах. Учитывая, что внутри корпуса ПК типичная температура составляет около 50 градусов по Цельсию, а рабочая температура процессора составляет 80 градусов (при тепловыделении до 130 Ватт), то создать пассивный радиатор, который справился бы с этой задачей, невозможно. Для повышения эффективности работы радиатора используют вентилятор, который создает принудительный теплообмен между радиатором и окружающим пространством.

При выборе кулера необходимо обратить внимание не только на объем и качество металла (особенно хорошо, если имеется, по крайней мере, медная площадка, соприкасающаяся с процессором), но и качество кулера. Чем больше размер вентилятора и обороты вращения, тем более он эффективен. О вентиляторах будет рассказано ниже.

Системы охлаждения на основе тепловых трубок

Термин «тепловая трубка» (Heat Pipe) был предложен еще в 1942 году изобретателем Голгером. Прототипом создания тепловой трубки был термосифон, принцип действия которого основан на таком физическом явлении, как конвекция. При подводе тепла жидкость начинает превращаться в пар. Образующийся при нагревании пар в результате конвекции движется вверх, то есть в зону с меньшей температурой. В результате остывания пар конденсируется и стекает по стенкам термосифона вниз, где опять нагревается и испаряется. Так, в общем виде, происходит теплообмен.

Однако принцип термосифона подразумевает возврат сконденсировавшейся жидкости обратно под воздействием сил гравитации, а потому термосифон может работать только тогда, когда зона испарения находится ниже зоны конденсации. В тепловой трубке, предложенной Гровером еще в 1963 году, в качестве сил, поднимающих конденсат против сил гравитации, используются капиллярные силы, возникающие при смачивании жидкостью капиллярно-пористого материала. Таким образом, тепловая трубка может работать в любом положении. Тепловые трубки, используемые для охлаждения процессоров, обычно изготавливают из меди, а в качестве рабочей жидкости используются вода или ацетон.

Воздушные системы охлаждения

Воздушные системы охлаждения являются самыми распространенными и доступными и представлены вентиляторами. Вентиляторы используются как совместно с радиаторами, так и отдельно для создания принудительной конвекции воздуха внутри системного блока (или блока питания ПК). Основу всех современных вентиляторов, используемых в ПК, составляют двигатель постоянного тока с напряжением 12 В и схема управления, которая индуцирует вращающееся магнитное поле, в результате чего приводится в движение ротор двигателя.

Схема управления вентилятором может включать в себя тахометрический контроль для мониторинга скорости вращения. Как правило, имеются также цепи защиты детектирования остановки вентилятора и даже термодатчик для контроля температуры радиатора.

Очень важным параметром вентилятора является тип подшипника. Вентиляторы могут быть на основе подшипника качения (sleeve bearing) и подшипника скольжения (ball bearing). Могут также использоваться и комбинированные схемы из одного подшипника скольжения и одного подшипника скольжения. Иногда используются два подшипника качения.

Самыми простыми в изготовлении, а потому более дешевыми являются вентиляторы на основе подшипников скольжения. Но они менее надежны и более шумные. Причем со временем уровень шума повышается.

Более дорогими, но долговечными и малошумными являются вентиляторы на основе подшипников качения. Лучше всего выбирать вентиляторы так называемых «бесшумных серий» (Silent Series).

Вентиляторы также характеризуются производительностью, скоростью вращения, типоразмером и уровнем шума.

Типичные значения скорости вращения вентиляторов составляют от 1000 до 5000 об/мин. По размеру наиболее распространены вентиляторы 60х60 мм, 80х80 мм, 92х92 мм и 120х120 мм. Чем больше размер вентилятора, чем выше его производительность при одинаковых скоростях вращения. Большие по размеру вентиляторы могут эффективно работать на меньших оборотах вращения.
Учитывая, что одним из важнейших показателей вентилятора является уровень создаваемого шума, важно выбирать вентиляторы на основе подшипников качения, большего размера и с меньшими оборотами вращения.

Вентиляторы внутри системного блока можно установить по-разному, однако существует два базовых варианта расположения вентиляторов: параллельное расположение и последовательное.

При параллельном расположении два вентилятора располагаются рядом друг с другом и работают на вдув или, наоборот, на выдув, создавая в два раза больший поток в открытом пространстве. Однако если корпус вашего ПК имеет высокий импеданс, то лучше использовать последовательное расположение вентиляторов, когда они располагаются друг за другом и одновременно работают на вдув или на выдув воздуха из системного блока. Последовательным также можно считать расположение вентиляторов, когда один вентилятор располагается на передней панели корпуса и работает на вдув, а второй — на задней панели корпуса и работает на выдув.

Будет уместно напомнить, что для уменьшения импеданса корпуса достаточно аккуратно стянуть жгутиками все шнуры и шлейфики, соединяющие устройства, с тем, чтобы воздух внутри корпуса свободно циркулировал.

Жидкостные системы охлаждения

В последнее время получили распространение жидкостные системы охлаждения, в которых для переноса тепла вместо воздуха используется жидкость, которая обладает большей по сравнению с воздухом теплоемкостью. Циркулирующая жидкость обеспечивает гораздо лучший теплоотвод, чем поток воздуха.
Жидкостные системы охлаждения внутреннего типа активно используются на серийных устройствах производителей ноутбуков.

Принцип устройства жидкостных систем охлаждения достаточно прост и традиционен, так как почти полностью повторяет систему охлаждения автомобилей. В состав внешней системы жидкостного охлаждения входит радиатор для центрального процессора или графического процессора видеокарты, помпа (насос) и внешний теплообменник, в котором происходит отвод тепла во внешнюю среду. Все компоненты внешней жидкостной системы охлаждения соединяются гибкими силиконовыми шлангами.

Для более эффективного обмена с внешним пространством в теплообменниках используются вентиляторы. Теплообменники монтируются либо непосредственно на корпус сзади или спереди, либо производители делают внешний блок, который, как у сплитов, может располагаться на некотором расстоянии от ПК.

Эффективность жидкостных радиаторов определяется площадью контакта его поверхности с жидкостью, поэтому для увеличения контакта внутри жидкостных радиаторов устанавливают ребра или столбчатые иголки.

Во внешних жидкостных системах охлаждения внутри корпуса компьютера размещается только жидкостный радиатор, а резервуар с охлаждающей жидкостью, помпа и теплообменник, помещенные в единый блок, выносятся за пределы корпуса.
У некоторых производителей внешние системы жидкостного охлаждения имеют два радиатора — для центрального и графического процессора на видеокарте одновременно.

Судя по всему, у жидкостных систем охлаждения большое будущее, поэтому при сборке ПК следует обратить особое внимание на использование этих систем, так как они работают более эффективно, стабильно и издают меньше шума.

Системы охлаждения
с применением модулей Пельтье

Системы охлаждения на основе этих модулей используют так называемый эффект Пельтье, который относится к термоэлектрическим явлениям и заключается в том, что если через контакт двух разнородных проводников пропустить электрический ток, то в контакте происходит поглощение или выделение тепла в зависимости от направления тока. Известно, что наиболее сильно эффект Пельтье выражен в полупроводниках. Применяя данный эффект, широкое распространение получили термоэлектрические модули (ТЭМ) Пельтье, которые представляют собой массив полупроводников p- и n-типов, последовательно соединенных между собой медными проводниками (массив переходов полупроводник-металл).

В элементе Пельтье количество связанных друг с другом переходов может быть очень большим, но все нагревающиеся переходы расположены в одной плоскости, а все охлаждающие — в другой.

На основе термоэлектрических модулей простроены некоторые модели процессорных кулеров и кулеров видеокарт. В этих кулерах холодная керамическая пластина модуля Пельтье соприкасается с горячей поверхностью охлаждаемого элемента (процессора), а к горячей пластине крепится радиатор с вентилятором для отвода тепла.

Производители и фирменные устройства охлаждения

Несмотря на то, что сегодня на рынке Узбекистана предлагается большое количество устройств охлаждения — от стандартных процессорных кулеров, различных по размеру вентиляторов, красивых корпусов с ажурными решетками и до экзотических пока систем жидкостного охлаждения — приобретать их необходимо осмотрительно.

Дело в том, что устройства охлаждения должны работать непрерывно, стабильно и не создавая лишнего шума. Поэтому необходимо обратить пристальное внимание на фирменные устройства, специализирующиеся на системах охлаждения мировых производителей. К таким производителям относится компания Thermaltake, само название которой переводится как «забирающая тепло». Компания Thermaltake работает под слоганом «Cool all your life», что можно перевести как «охлади всю твою жизнь».

Компания производит на самом высоком техническом уровне кулеры для процессоров на платформе AMD и Intel c применением тепловых трубок и систем с жидкостным охлаждением. В линейке продукции есть специальные устройства охлаждения для видеокарт, для модулей памяти и для жестких дисков. В качестве примера расскажем о некоторых моделях.

Кулер воздушного охлаждения Blue Orb II

Серию кулеров с воздушным охлаждением для процессоров Intel LGA 775 и AMD K8 отличает не только оригинальный дизайн радиатора с яркой светодиодной подсветкой, но и отличные технические характеристики. В кулерах данной серии используется крупный вентилятор размером 120х120 мм, имеющий уровень шума всего 17 дБА.

Уровень шума вентиляторов выражается в децибелах по фильтру «А» (дБА). Фильтр «А» учитывает особенность восприятия звука человеческим ухом на разных частотах. Напомним, что человек воспринимает звук, начиная с 30 дБА, а типичное значение шума, создаваемого современными вентиляторами, лежит в диапазоне от 32 до 50 дБА.

Кулер воздушного охлаждения Blue Orb II имеет большую эффективность, так как имеет медный сердечник и форму радиатора с очень большой площадью теплоотвода.

Так что в данном случае отличный дизайн совпадает с высокими техническими параметрами. Кроме того, производитель гарантирует не менее 40000 часов работы данного устройства.

Серия кулеров на основе
тепловых трубок

На основе тепловых трубок компания выпускает целую серию кулеров как для платформы AMD, так и для платформы Intel. При этом производитель позиционирует данные кулеры для использования с процессорами, имеющими тепловыделение на уровне 130 Ватт!

Модель SL-P0327 имеет четыре тепловые трубки, алюминиевый радиатор, вентилятор, вращающийся со скоростью 4200 оборотов в минуту. Уровень шума у кулера составляет 44 дБА, а срок работы — до 40 000 часов.

Производительность вентилятора обычно выражают в кубических футах в минуту (Cubic Feet per minute, CFM). Типичные значения производительности вентиляторов составляют от 10 до 50 CFM, а у данной модели — 71,79 CFM.

Есть в линейке кулеров на основе тепловых трубок модели с двумя трубками, но с комбинированным медно-алюминиевым радиатором. Это устройство также очень эффективно.

Системы жидкостного
охлаждения Thermaltake

Компания выпускает огромное количество устройств жидкостного охлаждения как внутренних, так и внешних. Системы жидкостного охлаждения предназначены для охлаждения центральных процессоров, графических процессоров видеокарт и даже модулей памяти.

Серия внутренних систем жидкостного охлаждения Big Water 745 предназначена для установки на системные платы форм-фактора ATX/BTX (для совместимости с новым стандартом BTX в комплект поставки входит специальный переходник) и может быть установлена с процессорами Intel LGA 775 и AMD K8.

Система охлаждения Big Water 745 включает в себя специальный медный радиатор, покрытый пластиком, помпу, резервуар для жидкости (используется полиэтиленгликоль, которая светится в ультрафиолетовом свете) и два теплообменника — один на один 120-мм вентилятор, второй на два 120-мм вентилятора. Помпа издает шум в пределах 16 дБА, а теплообменники в общей сложности 42 дБА.

К системе жидкостного охлаждения Big Water, производимой Thermaltake, можно подключить специальный радиатор Aqua RX Series-R1 для охлаждения модулей памяти. Радиатор выполнен из алюминия и предназначен для охлаждения микросхем памяти DDR на модулях типа DIMM.

Очень разнообразна и интересна серия внешних устройств жидкостного охлаждения, у которых теплообменник выполнен в виде выносного блока. При этом теплообменник выглядит, как колонка домашнего кинотеатра.

Внешние системы жидкостного охлаждения могут быть использованы для любого типа корпуса, так как все узлы системы расположены во внешнем блоке, и только радиатор с трубками располагается на процессоре непосредственно в системном блоке.

Учитывая тот факт, что сегодня многие пользователи устанавливают не только несколько жестких дисков, но и две видеокарты, работающие в режимах SLI (для видеокарт nVIDIA) или CrossBar (для видеокарт от ATI). Представьте, сколько тепла выделяют две высокопроизводительные видеокарты, а ведь на таком игровом ПК должен стоять мощный процессор, быстрая память и как минимум два жестких диска, работающих в режиме RAID 0.

Специально для оверлокеров и компьютерных энтузиастов производится охлаждающее жидкостное устройство Tide Water Plus, которое представляет собой специальный блок толщиной всего 9 мм, внутри которого производитель смог разместить и помпу, и теплообменник, и вентилятор. Блок охлаждения Tide Water Plus крепится в стандартном PCI-слоте, а два медных жидкостных радиатора крепятся к графическим процессорам двух видеокарт, работающих в режиме SLI (для видеокарт nVIDIA) или CrossBar (для видеокарт от ATI). Есть такое же решение и для одиночных видеокарт.

Мы забыли рассказать про системы охлаждения жестких дисков. Обычно пользователи приобретают простые системы воздушного охлаждения практически без радиатора, но с двумя вентиляторами. Это отчасти эффективно, но достаточно громко (особенно если установлено до 4 HDD) и ненадежно.

Компания Thermaltake предлагает устройство Hardcano 14 воздушного охлаждения для жесткого диска, выполненного в виде массивного алюминиевого радиатора со встроенным вентилятором (3000 об/мин., 16 дБА) и весом 986 граммов. Устройство предназначено для жестких дисков 3.5″ с интерфейсами IDE, SCSI, SATA и даже нового- SAS. Hardcano 14 устанавливается в разъем 5,25″ системного блока и помимо всего прочего осуществляет защиту (anti-shock) жесткого диска от повреждений.
Если пользователь решил заниматься отводом тепла самым серьезным образом, так как решил разогнать систему по полной программе, то для таких энтузиастов в линейке продуктов компании Thermaltake имеются корпуса со встроенными системами жидкостного охлаждения, а также специальные, более мощные (до 600-900 Ватт) блоки питания, рассчитанные на системы с большим энергопотреблением.

Если вы думаете, что только отдельные компании типа Thermaltake производят устройства охлаждения, то ошибаетесь. Практически любой производитель системных плат и видеокарт самым серьезным образом занимается охлаждением своих устройств. Если вы видите системную плату или видеокарту без каких-либо серьезных систем охлаждения, значит, либо производитель несерьезный, или устройства низкопроизводительные.

Заканчивая рассказ о системах охлаждения настольного ПК, можно добавить, что в жарком климате Узбекистана каждый пользователь должен внимательно относиться к вопросам охлаждения своего ПК. Дополнительный вентилятор и правильно подобранный корпус могут решить не только проблему с надежностью, но и производительностью.

Для тех же, кто любит настоящий разгон процессора и всех компонентов ПК, вопросы охлаждения имеют первостепенное значение. В общем, «Cool all your life» и все будет ОК.

В Одноклассники

Подробности

Технология отведения тепла от оборудования

В производственных процессах участвуют различные виды оборудования: это и обрабатывающие станки, и аппараты высокого давления, и ёмкости с химическими растворами, и нагревательные баки. Все они способны нагреваться, что негативно влияет и на обрабатываемые детали, и на рабочие органы, и на технологический процесс в целом. Но как отвести тепло от бака, который сам обеспечивает нагрев определённых систем? Или как отвести тепло от ёмкости, наполненной горячим продуктом? А также как отвести тепло от станка, в котором инструмент находится в постоянном движении?

И охлаждение станков, и различных резервуаров выполняется при помощи специального теплообменного оборудования, которое сегодня активно применяется и в сельском хозяйстве, и в промышленности, и в быту. Такие аппараты нагревают или охлаждают воду, которая обеспечивает нагрев или охлаждение другой технической воды и растворов, циркулирует в замкнутых контурах горячего водоснабжения и отопительных системах, в системах вентиляции и кондиционирования, в испарителях и конденсаторах, в бассейнах и других производственных и бытовых системах.

Вопрос о том, как отвести тепло от воды, разрешается путём применения чиллеров – специальных холодильных установок той или иной мощности и холодопроизводительности. Посредством компрессорного агрегата и испарителя в этой установке осуществляется охлаждение фреона, который через теплообменник охлаждает воду в отдельном резервуаре. Отсюда уже теплоноситель устремляется к охлаждаемому объекту, будь то ёмкость, ванна с раствором, нагревательный бак или обрабатывающий станок. Но для контроля температуры теплоносителя в конструкции чиллера предусмотрен и нагреватель воды, с помощью которого исключается переохлаждение жидкости, способное внести дисбаланс в производственный цикл. Для охлаждения резервуаров теплообменник обустраивают как внутри ёмкостей, так и вокруг них, в зависимости от того, открытая ли это ванна или закрытый бак. Охлаждение станка подразумевает как охлаждение движущихся частей, так и охлаждение системы смазки. В первом случае холодная вода может подаваться открыто прямо в зону резки или шлифовки. Во втором случае через систему смазки пропускают змеевик с охлаждённым теплоносителем нужной температуры.

Компания Питер Холод уже давно работает в области теплообменного оборудования самого разного назначения. Мы реализуем современные качественные установки, отлично справляющиеся с поставленными задачами нагрева и охлаждения, производим установку их на объекте с полным монтажом сопутствующих трубопроводов, выполняем запуск, техническое обслуживание, инструктируем персонал по вопросам наладки и контроля.

Если у вас есть мощные светодиоды, или источник питания, или вы пытаетесь управлять большими моторами, вам придется отводить много тепла от ваших печатных плат. Классический способ рассеивания тепла - привернуть ваш силовой транзистор к алюминиевому теплоотводу. Это медленное, грязное и затратное удовольствие, особенно, если вам нужна теплопроводящая паста между транзистором и радиатором (Рисунок 1).

Еще одна проблема таких радиаторов состоит в том, что сборочные операции хуже контролируются. Процесс изготовление печатной платы и ее монтаж - процесс строго контролируемый и повторяемый. Когда же вы имеете вещь, собранную вручную, это увеличивает вероятность ошибок. Это особенно справедливо, если люди, делающие работу, находятся на другом конце света, говорят на другом языке и плохо обучены.

Сделать схему управления температурным режимом неотъемлемой частью вашей печатной платы - это всегда хорошая идея. Опыт показал, что через участок меди площадью 3×5 дюймов на плате из обычного материала FR4 вы можете отвести порядка 2 Вт тепла.

Уэйн Ямагути (Wayne Yamaguchi) научился некоторым очень важным тонкостям теплового проектирования на своих комплектах преобразователей Maglite для светодиодных фонариков (Рисунок 2). Он думал, что самой трудной частью работы будет разработка импульсного стабилизатора. Но оказались, что наибольшие сложности связаны с механическим конструированием и тепловым проектированием.

Уэйн понял, как использовать переходные отверстия и медные полигоны, чтобы отвести тепло от светодиода и передать его на алюминиевый корпус Maglite. Отвод тепла - это причина, по которой светодиодные фонарики не делают из пластика. Светодиод более эффективен, чем лампа накаливания, но лампа отдает лишнее тепло в виде инфракрасного излучения наряду с видимым светом. Тепло, порожденное светодиодом, остается в нем.

Прежде всего, вы смотрите, как рассеять больше тепла в меди печатной платы. Можно поэкспериментировать с более толстой медью. Обычные печатные платы имеют слой меди толщиной от одной до двух унций на квадратный фут. Для получения фактической толщины в милах (тысячных долях дюйма) эту величину надо умножить на 1.37. Печатные платы с медной фольгой до 6 унций на квадратный фут заказывать несложно. Затем вы приходите к тому, что изготовители печатных плат называют «тяжелой медью», где медь может весить до 20 унций на квадратный фут, то есть иметь толщину 27.4 мила. Если же вам нужна еще бóльшая толщина, вы можете обратиться к производителям печатных плат, которые делают «экстремальную медь». Это все, что имеет толщину больше 20 унций на квадратный фут.

Любой поток воздуха вокруг радиатора или полигонов значительно облегчает отвод тепла. Если вы вскроете паяльную маску на поверхности полигона, это улучшит теплоотвод в окружающую среду. Исключите финишное выравнивание этих больших неизолированных областей меди горячим воздухом. Припой может накапливаться, и вместе с улучшением отвода тепла мы получим большие свисающие куски припоя. Лучше покрывать никелем или использовать иммерсионное золото. И то, и другое будет защищать медь от коррозии, а золотая отделка к тому же великолепно выглядит.

Когда печатная плата не в состоянии отвести достаточную мощность, вы можете, при условии наличия места на плате, увеличить количество выходных транзисторов. Linear Technology, например, поможет вам сделать это при помощи линейных стабилизаторов LT3080, которые вы можете включать параллельно (Рисунок 3). Если ваше устройство рассеивает 5 Вт, вы можете соединить параллельно три микросхемы. Каждый прибор будет хорошо работать при мощности до 2 Вт, если вы выделите ему на плате область меди, достаточную для отвода тепла. Для перераспределения тепла вы можете использовать и внутренние слои, но не забывайте «сшить» их с наружными слоями меди переходными отверстиями, так как в итоге тепло нужно отвести в окружающий воздух.

Если параллельного включения SMD компонентов и толстой меди на печатной плате недостаточно, вы можете поискать транзисторы, подобные семейству Direct FET фирмы International Rectifier, известные также как Infineon CanPAK (Рисунок 4). Радиаторы на их корпуса можно устанавливать сверху. Теперь вы можете использовать весь арсенал толстой и тяжелой меди со стороны всех трех выводов. Вы также можете прижимать или припаивать радиатор к верхней стороне компонента, являющейся частью выводной рамки.

Кроме того, для передачи тепла от печатной платы в воздух в схемах, содержащих импульсные стабилизаторы со встроенными полевыми транзисторами или обычные дискретные транзисторы, вы можете использовать радиаторы в форме крыла чайки или буквы «П» (Рисунок 5). Большое преимущество такого решения состоит в том, что эти радиаторы можно устанавливать с помощью автоматических манипуляторов, подобно другим компонентам вашей платы. Затем вы отправляете плату в обычную инфракрасную печь, чтобы припаять и компоненты, и радиаторы. Убедитесь, что ваша САПР «вставляет» в выходной файл информацию об установке радиатора после размещения полевых транзисторов. Вы также можете сделать примечание на сборочном чертеже.

Эффект от установки теплоотвода на пластиковый корпус будет очень небольшим. Через пластиковый корпус тепло проходит настолько медленно, что сам кремниевый кристалл металлическим радиатором на пластике охлаждается очень слабо. Лучший путь отвода тепла - через выводную рамку, на которой смонтирован кристалл. В большинстве компонентов выводная рамка соединена с землей, общей шиной или выводом отрицательного питания. У некоторых КМОП микросхем выводная рамка соединена с плюсом питания. Прежде чем строить предположения о том, как отвести тепло, проконсультируйтесь с производителем ИС.

Когда вам надо отвести по настоящему много тепла, возможно, в горячей среде, как под капотом автомобиля, вы можете перейти к печатным платам на металлическом основании (Рисунок 6). Хорошей стороной плат с металлическим основанием является то, что пропуская огромное количество тепла, они одновременно служат силовыми элементами конструкции. Плохая состоит в том, что при небольших объемах производства печатные платы с металлическим основанием, как правило, дороги. Услуги по изготовлению прототипов печатных плат на металлическом основании может предоставить компания PCBPool.

Существует более новая запатентованная технология изготовления печатных плат с большими токами и большим тепловыделением. Компания Häusermann называет этот процесс HSMtec. Они «прошивают» и покрывают платы проводниками толщиной до 20 мил. Эти проводники и полосы проходят либо под существующими трассами вашей конструкции печатной платы (Рисунок 7а), либо над ними (Рисунок 7б). В результате любой узкий проводник может нести гораздо больше тока и тепла. Полосы толщиной 2 мила могут быть сделаны достаточно широким, и вы получите те же преимущества, что и при использовании экстремальной меди или печатных плат с металлическим основанием.

Когда речь заходит о хорошей тепловой конструкции, нет лучшего примера, чем линейка контроллеров двигателей электромобилей, которые делают Отмар Ибинхоич (Otmar Ebenhoech) и Zilla (Рисунок 8). Если вы следите за шоу PBS о Белом Зомби, одном из лучших уличных электрических гонщиков на Земле, вы можете увидеть контроллеры Zilla, когда камера заглядывает под капот. Компромиссный характер теплового конструирования Отмар понял много лет назад. Начинал он с большого модуля IGBT. Им было трудно управлять, и не менее трудно было отвести тепло. В качестве сувениров на стене у Отмара висит множество взорвавшихся модулей. Его идея состояла в том, что от нескольких IGBT отвести тепло легче. Поэтому он использовал 36 IGBT в корпусах TO-247. Когда я спросил, почему он не использовал MOSFET, Ибинхоич отметил, что «в диапазоне напряжений 600 В при максимальном токе IGBT имеют гораздо меньшие потери мощности. Стандартные модули Zilla Z2K работают при токе двигателя 2000 А». Для отвода тепла от этих распределенных по плате источников Отмар использует медные радиаторы с водяным охлаждением. Для снижения импеданса источника питания MOSFET важное значение имеют накопительные конденсаторы. При таких уровнях тока даже малейшая индуктивность шины будет означать большие выбросы при переключении, приводящие к разрушению IGBT и потерям мощности. Отмар вспоминает, что наиболее интересной частью проекта была головоломка при механическом конструировании. «Вы должны располагать конденсаторы как можно ближе к IGBT, но в то же время от IGBT нужно отводить тепло». Затем есть полудюймовые кабели, подводящие ток, плюс вам надо спроектировать очень хорошую систему «земли», чтобы вторые выводы конденсаторов «видели» низкий импеданс. При каждом IGBT имеется также ограничительный диод, который должен располагаться как можно ближе, чтобы минимизировать размеры токовых петель. Еще одна блестящая идея Отмара - использовать 8-разрядный микроконтроллер Microchip PIC для контроля и управления всеми аспектами преобразования энергии. В наши дни, может быть, вы использовали бы 32-битный чип ARM Cortex M0. Тогда вы могли бы иметь стек TCP/IP, если бы захотели через Wi-Fi соединить контроллер с Интернетом. Ибинхоич замечает: «PIC были выбраны в 1999 году, сейчас я бы воспользовался чем-то намного более быстрым». Таким образом, проектируете ли вы светодиодную лампу или гоночный электромобиль, для отвода тепла от электроники вам надо знать свои возможности и потребности. Если вы убедились, что разработали проект для наихудших условий, и действительно испытали его в этих условиях, то можете гарантировать ему долгую и счастливую жизнь.