هیت سینک چیست و چگونه عمل کنترل دما را انجام می دهد؟

الکترونیک و رباتیک -> مدیریت دما و خنک کاری 304 Nastaran Nafisi

کاربر آکادمی پارتینه

 هیت سینک چیست؟

Heat sink یا گرماگیر، در اصل نوعی مبدل حرارتی است که حرارت تولیدی در المان‌های الکترونیکی یا مکانیکی را کنترل می­‌کند. هیت سینک، با جذب حرارت و پراکنده کردن آن در سیال اطراف خود (معمولا هوا) از بالا رفتن دمای قطعه مورد نظر و آسیب رسیدن به آن جلوگیری  می‌کند. استفاده از هیت سینک به خصوص زمانی اهمیت پیدا می‌کند که قطعات حساس به افزایش دما، در مدار یا دستگاه به کار برده شده‌اند. استفاده از گرمابر در قطعاتی مانند انواع IC ها، ترانزیستور، LED، لیزرهای توان بالا و .... که در اثر عبور جریان الکتریکی از خود حرارت تولید می‌کنند، بسیار متداول است. به کار بردن هیت سینک مانع افزایش دمای غیرمجاز این قطعات می شود. به این ترتیب طول عمر قطعات، به دلیل کارکرد در بازه دمای مجاز ذکر شده در دیتا شیت، افزایش می‌یابد. همچنین عملکرد قطعات و به طور کلی مدارها بهبود پیدا می‌کند.

هیت سینگ یا خنک کننده در تجهیزات الکترونیکی، به طور معمول روی پردازنده (Processor)، آی سی درایور موتور (Motor Driver)، ترانزیستور یا رگولاتور مدار تغذیه (Power supply) نصب می‌شود.

انواع هیت سینک:

Heatsink بر اساس نوع عملکرد به دو دسته کلی تقسیم می‌شود:

  1. هیت سینک فعال (Active heat sink)
  2. هیت سینک غیرفعال (Passive heatsink)

در خنک کننده فعال معمولا از فن یا دمنده به عنوان المان انتقال حرارت استفاده می­‌شود. این نوع از هیت سینک راندمان بسیار بالایی دارد. البته به دلیل قیمت بالاتر نسبت به نوع پسیو کمتر استفاده می‌­شود.

عمل کنترل دما توسط هیت سینک نوع غیرفعال، با فرآیند Convection  (همرفت) که یکی از مفاهیم علم انتقال حرارت است، انجام می‌­شود. به این صورت که هیت سینک پسیو،  حرارت را از قطعه مورد نظر جذب می‌­کند و با ماکزیمم کردن سطح تماس با سیال اطراف از طریق فین ها (پره ها)، حرارت را در آن سیال پخش می­کند. عدم وجود قطعات متحرک، میزان قابل اعتماد بودن این نوع از هیت سینک ها را افزایش داده است. البته توجه به این نکته ضروریست که جهت انتقال حرارت در هیت سینک‌های غیرفعال نیاز است که همواره جریان هوای پیوسته از روی فین ­ها در حال عبور باشد.

ساختار گرماگیر غیرفعال:

با توجه به نوع عملکرد این نوع از هیت سینک ها، نیاز به استفاده از ماده‌­ای است که دارای ضریب انتقال حرارت بالایی باشد. به همین علت استفاده از مس یا آلومینیوم و یا ترکیبی از این دو ماده، برای ساخت هیت سینک بسیار رایج است. گرماگیر مسی ضریب هدایت حرارتی بسیار بالایی دارد و می‌­تواند گرمای قطعه مورد نظر را به سرعت منتقل کند. هیت سینک آلومینیومی با وجود اینکه هدایت حرارت پایین‌تری نسبت به مس دارد، اما به دلیل ارزان بودن، بیشتر مورد استفاده قرار می­‌گیرد.

انواع جنس هیت سینکتنوع هیت سینک از نظر جنس 

گرماکاه غیرفعال از منظر شکل هندسی و نوع پره به چند دسته مختلف تقسیم می‌­شود. در شکل زیر چند نمونه از انواع پره‌­های هیت سینک آلمینیومی را مشاهده می‌­کنید. بر اساس شکل و چیدمان فین‌­ها، انواع هیت سینک سوزنی، پره‌­ای مستقیم، پره ای زاویه ­دار و انواع گرد و استوانه‌­ای وجود دارد که با توجه به کاربرد مد نظر خود می­‌توانید نوع مناسب را انتخاب کنید.

انواع شکل پره هیت سینکتنوع هیت سینک از لحاظ شکل پرهها

معمولا همراه با هیت سینک، تجهیزاتی شامل فن یا سیستم گردش سیال خنک کننده (معمولا مایع) نیز استفاده می‌­شود تا بازدهی حرارتی گرماگیر را افزایش دهند و فرآیند خنک کاری با سرعت بیشتری انجام شود.

لینک های مفید


مطالب مرتبط
فن حلزونی چیست و چه کاربردی دارد؟
مدیریت دما و خنک کاری
392
فن حلزونی چیست و چه کاربردی دارد؟
مدیریت دما و خنک کاری
392