ہائی پاور سوئچنگ پاور سپلائی کا تھرمل ڈیزائن اصول

1. الیکٹرانک مصنوعات کو تھرمل حل کی ضرورت کیوں ہے؟

الیکٹرانک مصنوعات کے چپس زیادہ سے زیادہ فعال ضروریات اور چھوٹے اور چھوٹے حجم کی ضروریات کے ساتھ انتہائی مربوط ہیں۔ آج کے اجزائے ترکیبی، اعلیٰ فعالیت، اور اعلیٰ کارکردگی کی طرف تیزی سے ترقی کر رہے ہیں۔ اعلی کارکردگی والے اجزاء تیز رفتاری سے بہت زیادہ گرمی پیدا کریں گے، اور اس گرمی کو فوری طور پر ہٹا دینا چاہیے تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ اجزاء عام آپریٹنگ درجہ حرارت پر کام کر سکتے ہیں۔ اعلی ترین کارکردگی پر کام کریں۔ لہذا، الیکٹرانک صنعت کی ترقی کے ساتھ گرمی کی ترسیل کی متعلقہ ٹیکنالوجی کو مسلسل چیلنج کیا جاتا ہے.

2. ہیٹ سنک کے مواد کی اقسام:

سونا، چاندی، لوہا، تانبا، ایلومینیم، ایلومینیم کھوٹ، سلیکون شیٹ وغیرہ۔

3. گرمی کی کھپت کا اصول

A ریڈی ایٹر کی گرمی کی کھپت کی شکل میں بنیادی طور پر تابکاری اور کنویکشن شامل ہیں۔

تابکاری حرارت کی منتقلی: حرارت کی توانائی تابکاری کی شکل میں منتقل ہوتی ہے، بغیر کسی میڈیم کے، اسے خلا کی حالت میں منتقل کیا جاسکتا ہے، جیسے سورج کی حرارت کی توانائی کائنات کے ذریعے زمین پر منتقل ہوتی ہے۔

محرک حرارت کی منتقلی: حرارت کی توانائی ہوا یا دیگر ذرائع ابلاغ کے ذریعے منتقل ہوتی ہے، جیسے کہ کنویکشن ریڈی ایٹرز ہوا کو گرم کرنے کے لیے۔ ہوا کمرے میں موجود ہر چیز کو گرم کرتی ہے، اور ہوا کی نقل و حرکت بنیادی طور پر گرمی کی توانائی کو پھیلانے کے لیے ہوا کی نقل و حرکت پر انحصار کرتی ہے۔

تابکاری ریڈی ایٹرز روایتی معنوں میں ریڈی ایٹرز کا حوالہ دیتے ہیں جو گرمی کی کل کھپت کا ایک رشتہ دار حصہ رکھتے ہیں۔ اس وقت، سب سے زیادہ عام ریڈیئنٹ ریڈی ایٹرز کاسٹ آئرن، اسٹیل کالم ریڈی ایٹرز، اور کاپر-ایلومینیم کمپوزٹ ریڈی ایٹرز ہیں۔ اور اسی طرح، ان میں سے، تابکاری کے ذریعے منتقل ہونے والی حرارت کی توانائی صرف 30 فیصد ہے، اور باقی 70 فیصد حرارت کی توانائی کنویکشن کے ذریعے منتقل ہوتی ہے۔ کنویکشن ریڈی ایٹر ایک ریڈی ایٹر ہے جس میں بنیادی طور پر کوئی ریڈی ایشن ہیٹ ایکسچینج نہیں ہوتا ہے (یا بہت چھوٹا)، جیسے فرائیڈ کاپر ٹیوب کنویکشن ریڈی ایٹر۔ یہ ایک تابناک ریڈی ایٹر سے زیادہ آرام سے اور تیزی سے گرم ہوتا ہے۔

B. گرمی کی کھپت کے طریقوں میں تابکاری حرارت کی کھپت، ترسیل حرارت کی کھپت، کنویکشن گرمی کی کھپت، اور بخارات سے متعلق حرارت کی کھپت شامل ہیں۔

جسم کے مختلف ٹشوز اور اعضاء سے پیدا ہونے والی حرارت خون کی گردش کے ساتھ ساتھ جسم کے تمام حصوں میں یکساں طور پر تقسیم ہوتی ہے۔ جب جلد کی خون کی نالیوں سے خون بہتا ہے، تو کل حرارت کا 90 فیصد جلد سے خارج ہو جاتا ہے، لہٰذا جلد ہی حرارت کو ختم کرنے کے لیے جسم کا اہم حصہ ہے۔ گرمی کا ایک چھوٹا سا حصہ بھی ہوتا ہے، جو جسم سے پھیپھڑوں، گردوں اور نظام انہضام کے ذریعے سانس، پیشاب اور پاخانے کے ذریعے خارج ہوتا ہے۔

(1) گرمی کی کھپت کا طریقہ - بنیادی طور پر جسمانی طریقہ

1. تابکاری تابکاری کا مطلب یہ ہے کہ جسم انفراریڈ شعاعوں کو خارج کرکے حرارت کو ختم کرتا ہے۔ جب جلد کا درجہ حرارت محیطی درجہ حرارت سے زیادہ ہوتا ہے تو جسم کی حرارت تابکاری کے ذریعے ختم ہو جاتی ہے۔ تابکاری گرمی کی کھپت کا تعلق جلد کے درجہ حرارت، محیطی درجہ حرارت اور جسم کے موثر تابکاری کے علاقے جیسے عوامل سے ہوتا ہے۔ عام طور پر، تابکاری گرمی کی کھپت کل گرمی کی کھپت کا 40 فیصد بنتی ہے۔ بلاشبہ، اگر محیطی درجہ حرارت جلد کے درجہ حرارت سے زیادہ ہے، تو جسم تابناک گرمی کو جذب کرے گا۔ اسٹیل ورکرز بھٹیوں کے سامنے کام کرتے ہیں، جیسا کہ کسان سخت گرمی میں سورج کے نیچے کھیتوں میں کام کرتے ہیں۔

2. کنڈکشن اور کنویکشن کنڈکشن وہ طریقہ ہے جس سے جسم مالیکیولر کائنےٹک انرجی کو منتقل کر کے حرارت کو ختم کرتا ہے۔ جب انسانی جسم ان چیزوں سے براہ راست رابطے میں ہوتا ہے جو جلد سے زیادہ ٹھنڈی ہوتی ہیں (جیسے کپڑے، بستر، کرسیاں وغیرہ) تو جسم سے حرارت ان چیزوں میں منتقل ہوتی ہے۔ طبی لحاظ سے، تیز بخار کے مریضوں کو ٹھنڈا کرنے کے لیے آئس کیپس، آئس پیک اور دیگر طریقوں کا استعمال اس اصول کو استعمال کرتا ہے۔

C، ریڈی ایٹر اور ماحول کے درمیان گرمی کا تبادلہ

ریڈی ایٹر کے اوپری حصے میں حرارت منتقل ہونے کے بعد، جلد سے جلد ارد گرد کے ماحول میں منتقل ہونے والی حرارت کو ختم کرنا ضروری ہے۔ ایئر کولڈ ریڈی ایٹر کے لیے، یہ ارد گرد کی ہوا کے ساتھ گرمی کا تبادلہ کرنا ہے۔ اس وقت، دو مختلف ذرائع ابلاغ کے درمیان حرارت منتقل ہوتی ہے، اور اس کے بعد فارمولہ Q= XAX ΔT ہے، جہاں ΔT دو ذرائع ابلاغ کے درمیان درجہ حرارت کا فرق ہے، یعنی ریڈی ایٹر اور ارد گرد کی ہوا کے درمیان درجہ حرارت کا فرق ; اور سیال کے درجہ حرارت کا فرق ہے۔ تھرمل چالکتا، گرمی کے سنک کے مواد اور ہوا کی ساخت کا تعین کرنے کے بعد، یہ ایک مقررہ قدر ہے؛ سب سے اہم A گرمی کے سنک اور ہوا کے درمیان رابطہ کا علاقہ ہے۔ اس بنیاد کے تحت کہ دیگر حالات میں کوئی تبدیلی نہیں ہوتی، جیسے ہیٹ سنک کا حجم، عام طور پر ہوگا تاہم، ریڈی ایٹر کی شکل بدل کر، ہوا کے ساتھ رابطے کے علاقے کو بڑھا کر اور گرمی کے تبادلے کے علاقے کو بڑھا کر، یہ ایک مؤثر ثابت ہوتا ہے۔ گرمی کی کھپت کی کارکردگی کو بہتر بنانے کا مطلب ہے. ، اس کو حاصل کرنے کے لیے، سطح کے رقبے کو عام طور پر پنکھوں کے ڈیزائن کے ذریعے بڑھایا جاتا ہے جس کی تکمیل سطح کی کھردری یا دھاگوں سے ہوتی ہے۔

گرمی کو ہوا میں منتقل کرنے کے بعد، ہیٹ سنک کے رابطے میں ہوا کا درجہ حرارت تیزی سے بڑھے گا۔ اس وقت، گرم ہوا کو گرمی کے تبادلے جیسے کنویکشن کے ذریعے ارد گرد کی ٹھنڈی ہوا کے ساتھ زیادہ سے زیادہ گرمی کو دور کرنا چاہیے۔ ایئر کولڈ ریڈی ایٹرز کے لیے، سب سے اہم ذریعہ ہوا کے بہاؤ کی رفتار کو بڑھانا اور جبری کنویکشن حاصل کرنے کے لیے پنکھے کا استعمال کرنا ہے۔ یہ بنیادی طور پر پنکھے کے ڈیزائن اور ہوا کی رفتار سے متعلق ہے۔ ریڈی ایٹر کے پنکھے کی کارکردگی (جیسے بہاؤ، ہوا کا دباؤ) بنیادی طور پر پنکھے کے بلیڈ کے قطر، محوری لمبائی، پنکھے کی رفتار اور پنکھے کے بلیڈ کی شکل پر منحصر ہے۔ پنکھے کا بہاؤ زیادہ تر CFM (امپیریل سسٹم، کیوبک فٹ/منٹ) میں ہوتا ہے، اور CFM تقریباً 0.028mm3/منٹ بہاؤ ہوتا ہے۔

خالص ایلومینیم ریڈی ایٹر

خالص ایلومینیم ریڈی ایٹر ابتدائی دنوں میں سب سے عام ریڈی ایٹر ہے۔ اس کی تیاری کا عمل آسان ہے اور لاگت بھی کم ہے۔ اب تک، خالص ایلومینیم ریڈی ایٹر اب بھی مارکیٹ کے کافی حصے پر قابض ہے۔ اس کے پنکھوں کے حرارت کی کھپت کے علاقے کو بڑھانے کے لیے، خالص ایلومینیم ریڈی ایٹرز کے لیے سب سے زیادہ استعمال ہونے والا پروسیسنگ طریقہ ایلومینیم ایکسٹروشن ٹیکنالوجی ہے، اور خالص ایلومینیم ریڈی ایٹر کا جائزہ لینے کے لیے اہم اشارے ریڈی ایٹر کی بنیاد کی موٹائی اور پن فن کا تناسب ہیں۔ . پن سے مراد ہیٹ سنک کے پنکھوں کی اونچائی ہے، اور فن سے مراد دو ملحقہ پنکھوں کے درمیان فاصلہ ہے۔ پن-فن تناسب پن کی اونچائی ہے (بیس کی موٹائی کو چھوڑ کر) فن کے ذریعہ تقسیم کیا جاتا ہے۔ پن-فن کا تناسب جتنا بڑا ہوگا، ریڈی ایٹر کا گرمی کی کھپت کا موثر علاقہ اتنا ہی بڑا ہوگا، اور ایلومینیم کے اخراج کی ٹیکنالوجی اتنی ہی جدید ہوگی۔

خالص تانبے کا ریڈی ایٹر

تانبے کی تھرمل چالکتا ایلومینیم کے مقابلے میں 1.69 گنا ہے، لہذا دیگر حالات ایک جیسے ہونے کی بنیاد پر، خالص تانبے کے ہیٹ سنک گرمی کے منبع سے تیزی سے گرمی کو دور کر سکتے ہیں۔ تاہم، تانبے کی ساخت ایک مسئلہ ہے. بہت سے مشتہر "خالص تانبے کے ہیٹ سنکس" واقعی 100 فیصد تانبے کے نہیں ہوتے ہیں۔ تانبے کی فہرست میں، جن میں تانبے کی مقدار 99 فیصد سے زیادہ ہے انہیں تیزاب سے پاک کاپر کہا جاتا ہے، اور تانبے کا اگلا درجہ ڈین کاپر ہے جس میں تانبے کی مقدار 85 فیصد سے کم ہے۔ مارکیٹ میں زیادہ تر خالص تانبے کے ہیٹ سنک میں فی الحال دونوں کے درمیان تانبے کا مواد موجود ہے۔ کچھ کمتر خالص تانبے کے ریڈی ایٹرز میں تانبے کا مواد 85 فیصد بھی نہیں ہے۔ اگرچہ لاگت بہت کم ہے، لیکن اس کی تھرمل چالکتا بہت کم ہو جاتی ہے، جو گرمی کی کھپت کو متاثر کرتی ہے۔ اس کے علاوہ، تانبے میں بھی واضح خامیاں ہیں، جیسے کہ زیادہ قیمت، مشکل پروسیسنگ، اور ہیٹ سنک کی بہت زیادہ مقدار، جو تمام تانبے کے ہیٹ سنک کے استعمال میں رکاوٹ ہے۔ سرخ تانبے کی سختی ایلومینیم کے مرکب AL6063 کی طرح اچھی نہیں ہے، اور کچھ مکینیکل پروسیسنگ (جیسے گروونگ) کی کارکردگی ایلومینیم کی طرح اچھی نہیں ہے۔ تانبے کا پگھلنے کا نقطہ ایلومینیم کے مقابلے میں بہت زیادہ ہے، جو اخراج کی تشکیل (Extrusion) وغیرہ کے لیے موزوں نہیں ہے۔

اگرچہ ہیٹ سنک کا سب سے زیادہ استعمال ہونے والا مواد تانبے اور ایلومینیم کے مرکب ہیں، لیکن ایلومینیم کے مرکب عمل کرنے میں آسان اور لاگت میں کم ہیں، اور یہ سب سے زیادہ استعمال شدہ مواد ہیں۔ تانبے کی اعلی تھرمل چالکتا اس کی فوری حرارت جذب کرنے کی صلاحیت کو ایلومینیم کے مرکب سے بہتر بناتی ہے۔ رفتار ایلومینیم کھوٹ کی نسبت سست ہے۔ لہذا، خالص تانبا، خالص ایلومینیم، یا ایلومینیم مرکب ریڈی ایٹر سے کوئی فرق نہیں پڑتا ہے، ایک مہلک خامی ہے: کیونکہ صرف ایک مواد استعمال کیا جاتا ہے، اگرچہ بنیادی گرمی کی کھپت کی صلاحیت ہلکی گرمی کی کھپت کی ضروریات کو پورا کر سکتی ہے، یہ گرمی کی ترسیل کو اچھی طرح سے متوازن نہیں رکھ سکتی۔ . زیادہ گرمی کی کھپت کی ضروریات والے مواقع میں گنجائش اور حرارت کی گنجائش کی دو ضروریات کسی حد تک مغلوب ہوجاتی ہیں۔

کاپر-ایلومینیم بانڈنگ ٹیکنالوجی

تانبے اور ایلومینیم کی متعلقہ خامیوں پر غور کرنے کے بعد، مارکیٹ میں کچھ اعلیٰ درجے کے ریڈی ایٹرز اکثر کاپر-ایلومینیم کے امتزاج کی تیاری کے عمل کو استعمال کرتے ہیں۔ یہ ہیٹ سنک عام طور پر تانبے کے دھاتی اڈوں کا استعمال کرتے ہیں، جبکہ ہیٹ سنک کے پنکھ ایلومینیم کے مرکب سے بنے ہوتے ہیں۔ بلاشبہ، تانبے کی بنیاد کے علاوہ، گرمی کے سنک کے لیے تانبے کے ستونوں کے استعمال جیسے طریقے بھی ہیں، جو بھی یہی اصول ہے۔ اعلی تھرمل چالکتا کے ساتھ، تانبے کی نیچے کی سطح سی پی یو کی طرف سے جاری گرمی کو تیزی سے جذب کر سکتی ہے۔ ایلومینیم کے پنکھوں کو پیچیدہ عمل کے ذریعے گرمی کی کھپت کے لیے انتہائی سازگار شکل میں بنایا جا سکتا ہے، اور گرمی کو ذخیرہ کرنے کی ایک بڑی جگہ فراہم کر کے اسے تیزی سے چھوڑا جا سکتا ہے۔ تمام پہلوؤں میں توازن پایا گیا ہے۔

گرمی CPU کور سے ہیٹ سنک کی سطح تک پھیل جاتی ہے، جو کہ گرمی کی ترسیل کا عمل ہے۔ ہیٹ سنک کی بنیاد کے لیے، چونکہ یہ اعلی گرمی کے منبع کے ایک چھوٹے سے علاقے کے ساتھ براہ راست رابطے میں ہے، اس لیے ضروری ہے کہ بیس تیزی سے گرمی کو دور کر سکے۔ حرارت کے سنک کے لیے زیادہ تھرمل چالکتا والے مواد کا استعمال تھرمل چالکتا کو بہتر بنانے میں بہت مددگار ہے۔ یہ حرارت کی ترسیل کے نظام کے موازنہ کی میز سے دیکھا جا سکتا ہے کہ، مثال کے طور پر، ایلومینیم کی تھرمل چالکتا 237W/mK ہے، اور تانبے کی تھرمل چالکتا 401W/mK ہے۔ ایک ہی حجم کے ریڈی ایٹرز کا موازنہ کرتے ہوئے، تانبے کا وزن ایلومینیم سے 3 گنا ہے، جب کہ ایلومینیم کی مخصوص حرارت 3 گنا ہے۔ یہ تانبے کے مقابلے میں صرف 2.3 گنا ہے، لہذا اسی حجم کے تحت، ایک تانبے کا ریڈی ایٹر ایلومینیم کے ریڈی ایٹر سے زیادہ گرمی رکھ سکتا ہے اور زیادہ آہستہ سے گرم ہو سکتا ہے۔ ہیٹ سنک بیس کی اسی موٹائی کے ساتھ، تانبا نہ صرف گرمی کے ذرائع جیسے سی پی یو ڈائی کے درجہ حرارت کو تیزی سے ہٹا سکتا ہے، بلکہ اس کا اپنا درجہ حرارت میں اضافہ بھی ایلومینیم ہیٹ سنک کے مقابلے میں سست ہے۔ لہذا، گرمی کے سنک کی نچلی سطح کو بنانے کے لیے تانبا زیادہ موزوں ہے۔

تاہم، ان دو دھاتوں کا امتزاج نسبتاً مشکل ہے، اور تانبے اور ایلومینیم کے درمیان تعلق کم ہے۔ تھرمل مزاحمت)۔ اصل ڈیزائن اور مینوفیکچرنگ میں، مینوفیکچررز ہمیشہ انٹرفیس کی تھرمل مزاحمت کو زیادہ سے زیادہ کم کرنے اور کمزوریوں سے بچنے کی کوشش کرتے ہیں، جو اکثر مینوفیکچررز کی ڈیزائن کی صلاحیتوں اور مینوفیکچرنگ کے عمل کی عکاسی کرتی ہے۔

4. تھرمل میڈیم - تھرمل طور پر conductive سلکا جیل.

a تھرمل مزاحمت کیا ہے؟

نام نہاد "تھرمل مزاحمت" (تھرمل مزاحمت) سے مراد ایک جامع پیرامیٹر ہے جو گرمی کی منتقلی کو روکنے کی صلاحیت کو ظاہر کرتا ہے۔ تھرمل ریزسٹنس کا تصور مزاحمت سے بہت ملتا جلتا ہے، اور یونٹ بھی اسی طرح کی ہے - ڈگری / ڈبلیو، یعنی حرارت کی ترسیل کے راستے کے دونوں سروں کے درمیان درجہ حرارت کا فرق جب آبجیکٹ کی مسلسل حرارت کی منتقلی کی طاقت 1W ہوتی ہے۔ .

ب ہوا کی حرارتی مزاحمت فطرت میں سب سے بڑی ہے، اور اس کی قیمت 0.03W/mK کے قریب ہے۔

c ہوا کو کم کرنے کے لیے ہیٹنگ باڈی اور میٹل ہیٹ سنک کے درمیان خلا کو پُر کریں، تاکہ ہیٹنگ باڈی اور ہیٹ سنک براہ راست کنویکشن ہیٹ کی کھپت کو ظاہر کریں۔

d تھرمل طور پر چلنے والی سلیکون شیٹ گرمی کو بالواسطہ طور پر بھی ختم کر سکتی ہے، یعنی یہ باہر سے بے نقاب ہوتی ہے، اس لیے اسے ہیٹ سنک کہا جاتا ہے۔

سندھا تھرمل ایک سرکردہ ہیٹ سنک بنانے والی کمپنی ہے، ہمارے پاس تھرمل ماہرین کی ایک ٹیم اور بہت سے درست سہولیات اور آلات ہیں، ہم انتہائی مسابقتی قیمت اور بہترین کوالٹی کے ہیٹ سنک کو ختم کر سکتے ہیں۔ اگر آپ کے پاس کوئی تھرمل ضروریات ہیں تو براہ کرم آزادانہ طور پر ہم سے رابطہ کریں۔