Setiap komponen listrik dan elektronik di sirkuit menghasilkan sejumlah panas sementara sirkuit dijalankan dengan menyediakan catu daya. Biasanya perangkat semikonduktor daya tinggi seperti transistor daya dan elektronik opto seperti dioda pemancar cahaya , laser menghasilkan panas dalam jumlah yang cukup besar dan komponen ini tidak memadai untuk menghilangkan panas, karena kemampuan disipasinya sangat rendah.
Karena itu, pemanasan komponen menyebabkan kegagalan dini dan dapat menyebabkan kegagalan seluruh rangkaian atau kinerja sistem. Jadi, untuk mengatasi aspek negatif ini, heat sink harus disediakan untuk tujuan pendinginan.
Apa itu Heat Sink?
Unit pendingin
Heat sink adalah komponen elektronik atau perangkat dari sebuah sirkuit elektronik yang menyebarkan panas dari komponen lain (terutama dari transistor daya) dari suatu rangkaian ke media sekitarnya dan mendinginkannya untuk meningkatkan kinerja, keandalan, dan juga menghindari kegagalan dini komponen. Untuk tujuan pendinginan, ini menggabungkan kipas atau perangkat pendingin.
Prinsip Pendingin
Hukum konduksi panas Fourier menyatakan bahwa jika ada gradien suhu dalam suatu benda, maka panas akan berpindah dari daerah suhu tinggi ke daerah suhu memungkinkan. Dan, ini dapat dicapai dengan tiga cara berbeda, seperti konvensi, radiasi dan konduksi.
Prinsip Pendingin
Setiap kali dua benda dengan suhu berbeda bersentuhan satu sama lain, konduksi terjadi yang menyebabkan molekul yang bergerak cepat dari benda panas tinggi bertabrakan dengan molekul yang bergerak lambat dari benda yang lebih dingin, dan dengan demikian, mentransfer energi panas ke benda yang lebih dingin. , dan ini disebut sebagai konduktivitas termal.
Demikian pula, heat sink mentransfer panas atau energi termal dari komponen suhu tinggi ke media suhu rendah seperti udara, air, minyak, dll. Biasanya udara digunakan sebagai media suhu rendah dan, jika air digunakan sebagai media, kemudian disebut sebagai pelat dingin.
Jenis Pendingin
Unit pendingin diklasifikasikan ke dalam kategori berbeda berdasarkan kriteria yang berbeda. Mari kita pertimbangkan jenis utama, yaitu heat sink aktif dan heat sink pasif.
Jenis Pendingin
Heat Sinks Aktif
Ini umumnya adalah jenis kipas dan menggunakan daya untuk tujuan pendinginan. Mereka juga dapat disebut sebagai pendingin atau kipas. Kipas angin diklasifikasikan lebih lanjut sebagai jenis bantalan bola dan jenis bantalan selongsong. Kipas motor bantalan bola lebih disukai karena rentang kerjanya lebih panjang dan lebih murah dalam penggunaan jangka panjang. Kinerja heat sink jenis ini sangat baik, tetapi tidak untuk aplikasi jangka panjang karena terdiri dari bagian yang bergerak dan agak mahal juga.
Heat Sinks Pasif
Ini tidak memiliki komponen mekanis dan terbuat dari radiator bersirip aluminium. Ini menghilangkan energi panas atau panas dengan menggunakan proses konveksi. Ini paling andal daripada heat sink aktif dan, untuk pengoperasian heat sink pasif yang efisien, disarankan untuk menjaga aliran udara terus-menerus melintasi siripnya.
Pendingin Aluminium
Heat sink umumnya terbuat dari logam dan aluminium adalah logam yang paling umum digunakan dalam heat sink.Kami menyadari fakta bahwa konduktivitas termal setiap logam berbeda-beda.Konduktivitas termal logam sebanding dengan perpindahan panas di heat sink. . Jadi, jika konduktivitas termal logam meningkat, maka
kapasitas perpindahan panas dari unit pendingin juga akan meningkat.
Pendingin Aluminium
Konduktivitas termal dari aluminium 235 W / mK merupakan logam termurah dan ringan. Heat sink aluminium juga disebut heat sink ekstrusi karena dapat dibuat menggunakan ekstrusi.
Heat Sinks yang Dicap
Ini terbuat dari logam yang dicap untuk membentuk bentuk tertentu. Stempel ini membuat heat sink setiap kali logam digerakkan melalui mesin stamping. Ini lebih murah dibandingkan dengan heat sink yang diekstrusi.
Ini digunakan untuk aplikasi berdaya rendah dan karenanya kinerjanya rendah.
Mesin Heat Sinks
Ini diproduksi dengan proses pemesinan yang sering digunakan gergaji geng untuk menghilangkan balok bahan untuk membuat sirip dengan jarak yang tepat. Ini mahal karena banyak logam dapat terbuang dalam proses pembuatan.
Heat Sinks Berikat
Ini sering digunakan untuk aplikasi fisik besar yang membutuhkan kinerja yang masuk akal seperti pengelasan listrik dan Aplikasi bata DC-DC . Ini dibuat dengan mengikat sirip individu dari logam ke dasar heat sink. Hal ini dapat dilakukan dengan dua metode yaitu epoksi termal yang ekonomis dan metode lainnya dengan mematri yang mahal harganya.
Wastafel Panas Sirip Lipat
Heat sink sirip lipat ini memiliki luas permukaan yang besar, dan memiliki bahan heat sink terlipat, sehingga memiliki kinerja yang sangat tinggi dan kepadatan fluks panas yang sangat tinggi. Di sink ini, udara diarahkan untuk mengalir langsung ke heat sink melalui beberapa jenis saluran. Ini membuat semuanya menjadi mahal karena biaya pembuatan dan saluran sudah termasuk dalam biaya keseluruhan bak cuci.
Heat Sinks yang disaring
Proses penyisihan digunakan untuk pembuatan bak cuci ini, yang melibatkan pembuatan blok logam yang sangat halus umumnya tembaga. Oleh karena itu, ini disebut sebagai heat sink skived. Ini adalah heat sink berperforma sedang hingga tinggi.
Heat Sinks yang Ditempa
Logam seperti tembaga dan aluminium digunakan untuk membentuk heat sink dengan menggunakan gaya tekan. Proses ini disebut sebagai proses penempaan. Oleh karena itu, mereka dinamai sebagai heat sink palsu.
Heat Sinks Perakitan Single Fin
Ini ringan dan dapat dipasang di ruang sempit. Mereka juga memiliki kemampuan berkinerja rendah hingga tinggi, dan dapat digunakan untuk banyak aplikasi. Tapi kelemahan utama adalah bahwa mereka agak mahal.
Wastafel Panas Swaged
Swaging adalah proses penempaan kerja dingin tetapi kadang-kadang dapat dilakukan bahkan sebagai proses kerja panas di mana dimensi item diubah menjadi cetakan. Ini tidak mahal, berkinerja sedang dan terbatas dalam manajemen aliran udara.
Pentingnya Heat Sinks dalam Sirkuit Elektronik
- Heat sink adalah penukar panas pasif, dan dirancang untuk memiliki luas permukaan yang besar yang bersentuhan dengan media sekitarnya (pendingin) seperti udara. Komponen atau suku cadang atau perangkat elektronik yang tidak cukup untuk memoderasi suhunya, memerlukan heat sink untuk pendinginan. Panas yang dihasilkan oleh setiap elemen atau komponen sirkuit elektronik harus dihilangkan untuk meningkatkan keandalannya dan mencegah kegagalan komponen secara prematur.
- Ini menjaga stabilitas termal dalam batas untuk setiap kelistrikan dan komponen elektronik dari sirkuit apa pun atau bagian elektronik dari sistem apa pun. Kinerja heat sink bergantung pada faktor-faktor seperti pilihan material, desain tonjolan, perlakuan permukaan, dan kecepatan udara.
- Unit pengolah pusat dan pengolah grafis dari sebuah komputer juga didinginkan dengan menggunakan heat sink. Unit pendingin juga disebut sebagai penyebar panas, yang sering digunakan sebagai penutup pada memori komputer untuk membuang panasnya.
- Jika heat sink tidak disediakan untuk rangkaian elektronik, maka akan ada kemungkinan terjadi kegagalan komponen seperti transistor, regulator tegangan, IC, LED dan transistor daya. Bahkan saat menyolder sirkuit elektronik , disarankan untuk menggunakan heat sink untuk menghindari pemanasan elemen yang berlebihan.
- Heat sink tidak hanya menyediakan pembuangan panas, tetapi juga digunakan untuk manajemen energi termal yang dilakukan dengan membuang panas saat panas lebih banyak. Jika suhu rendah, heat sink dimaksudkan untuk menyediakan panas dengan melepaskan energi termal untuk pengoperasian sirkuit yang benar.
Pemilihan Heat Sink
Untuk pemilihan Heat sink kita perlu memperhatikan perhitungan matematis berikut:
Mempertimbangkan
T: Tingkat pembuangan panas dalam Watt
T_j: Suhu persimpangan maksimum perangkat dalam 0C
T_c: Suhu casing perangkat dalam 0C
T_a: Suhu udara sekitar pada 0C
T_s: Suhu maksimum heat sink terletak paling rapi ke perangkat dalam 0C
Resistensi termal dapat diberikan oleh
R = ∆T / Q
Hambatan listrik diberikan oleh
R_e = ∆V / I
Resistansi termal antara persimpangan dan casing perangkat diberikan oleh
R_jc = (∆T_jc) / Q
Kasus untuk resistensi tenggelam diberikan oleh
R_cs = (∆T_cs) / Q
Penurunan resistansi ambien diberikan oleh
R_sa = (∆T_sa) / Q
Jadi, persimpangan ke resistansi ambien diberikan oleh
R_ja = R_jc + R_cs + R_sa = (T_j-T_a) / Q
Sekarang, ketahanan termal yang dibutuhkan dari Heat Sink adalah
R_sa = (T_j-T_a) / Q-R_jc-R_cs
Dalam persamaan di atas, nilai T_j, Q dan R_jc ditetapkan oleh pabrikan dan nilai T_a dan R_cs ditentukan oleh pengguna.
Jadi, ketahanan termal heat sink untuk aplikasi harus kurang dari atau sama dengan R_sa yang dihitung di atas.
Saat memilih Heat sink, berbagai parameter harus dipertimbangkan seperti anggaran termal yang diperbolehkan untuk heat sink, kondisi aliran udara (aliran alami, campuran aliran rendah, konveksi paksa aliran tinggi).
Volume Unit Pendingin dapat ditentukan dengan membagi tahanan panas volumetrik dengan tahanan panas yang dibutuhkan. Kisaran resistansi termal volumetrik adalah sebagai berikut pada tabel yang ditunjukkan di bawah ini.
Grafik di bawah ini menunjukkan variasi ukuran heat sink aluminium dan ketahanan termal sebagai contoh pemilihan heat sink berdasarkan ketahanan termal.
Area vs Ketahanan Termal dari Pendingin
Artikel ini membahas tentang heat sink, berbagai jenis heat sink dan pentingnya heat sink di sirkuit elektronik secara singkat. Untuk lebihinformasi mengenai heat sink, kirimkan pertanyaan Anda padaberkomentar di bawah.
Kredit Foto:
- Heat sink oleh ecnmag
- Prinsip Pendingin oleh streacom.dll
- Jenis Heat Sink oleh pendingin elektronik
- Aluminium Heat Sink oleh specialchem4polymers
- Area vs Ketahanan Termal dari Pendingin oleh designworldonline