مشتت حراري مستطيل

أنواع مبردات الحرارة المستطيلة

يُعد مبرد الحرارة المستطيل مكونًا سلبيًا مع زعانف أو قاعدة تعمل على تبديد الحرارة من جهاز أشباه موصلات. يأتي بشكل مستطيل. يمتص مبرد الحرارة الحرارة من المكون وينقلها إلى الهواء المحيط للحفاظ على برودة الجهاز. تُستخدم مبردات الحرارة المستطيلة على نطاق واسع في مختلف الصناعات، بما في ذلك السيارات، والفضاء، والاتصالات، والإلكترونيات الاستهلاكية.

تتوفر هذه المبردات من مواد مختلفة، مثل النحاس والألمنيوم، والتي يمكن تعديلها لتناسب المتطلبات المحددة. تُعد مبردات الحرارة المستطيلة ضرورية لمنع ارتفاع درجة حرارة المكونات الإلكترونية لضمان وظائفها وموثوقيتها.

يحتوي مبرد الحرارة على عدة أجزاء، بما في ذلك لوحة قاعدة، وهي الجزء الذي يتم توصيله بالمكون الذي يحتاج إلى التبريد. عادة ما تكون لوحة القاعدة أكثر سمكًا من الأجزاء الأخرى. فهي توصل الحرارة من المكون إلى الهواء. يمكن أن تُصنع لوحة القاعدة من مواد مختلفة، مثل الألمنيوم والنحاس.

جزء آخر من مبرد الحرارة هو الزعانف. وهي عبارة عن قطع رقيقة من المعدن ذات مساحة سطح كبيرة. يتم توصيل الزعانف بلوحة القاعدة. تمتد إلى الهواء لتبديد الحرارة. تنتقل الحرارة من لوحة القاعدة إلى الزعانف ثم إلى الهواء. يلامس الهواء الزعانف ويأخذ الحرارة من مبرد الحرارة.

هناك نوعان رئيسيان من مبردات الحرارة المستطيلة: مبردات الحرارة النشطة والسلبية.

• مبرد الحرارة النشط: هذا النوع من مبردات الحرارة يتطلب طاقة خارجية للعمل. يحتوي على مروحة تهب الهواء على مبرد الحرارة لتبريده. يتم تشغيل المروحة من نفس مصدر الطاقة الذي يشغل المكون الإلكتروني الذي يحتاج إلى التبريد. تُعد مبردات الحرارة النشطة فعالة جدًا في تبريد المكونات لأن المروحة يمكن أن تُصنع بسرعة عالية جدًا. ومع ذلك، فهي تحتاج إلى طاقة لتشغيل المروحة. إذا حدث انقطاع في التيار الكهربائي، فلن يعمل مبرد الحرارة.
• مبرد الحرارة السلبي: هذا النوع من مبردات الحرارة لا يحتاج إلى أي طاقة خارجية. يُبرد المكون الإلكتروني بنفسه. تُصنع مبردات الحرارة السلبية من مواد توصل الحرارة بشكل جيد للغاية. كما تحتوي على زعانف تسمح للحرارة بالهروب إلى الهواء. نظرًا لأن مبردات الحرارة السلبية لا تحتوي على مراوح، فهي أكثر هدوءًا وموثوقية. لن تتكسر بسهولة مثل مبردات الحرارة النشطة. ومع ذلك، فإن مبردات الحرارة السلبية ليست قوية جدًا في التبريد. فهي مناسبة للمكونات الأصغر التي لا تسخن كثيرًا.

وظيفة ومميزات مبرد الحرارة المستطيل

تُصنع مبردات الحرارة المستطيلة عادةً من الألمنيوم أو النحاس. تأتي بأحجام مختلفة ويمكن تعديلها لتناسب الأجهزة المحددة. بعض الميزات الشائعة تشمل:

• المادة: كما ذكرنا سابقًا، غالبًا ما تُصنع مبردات الحرارة المستطيلة من الألمنيوم أو النحاس. مبردات الحرارة المصنوعة من الألمنيوم أخف وزنًا وأكثر بأسعار معقولة، بينما مبردات الحرارة المصنوعة من النحاس توصل الحرارة بشكل أفضل. قد تُدمج بعض مبردات الحرارة الألمنيوم والنحاس لتحسين الأداء وتقليل التكاليف.

• الأبعاد: تأتي مبردات الحرارة المستطيلة بأحجام وأبعاد مختلفة لتناسب مختلف المكونات الإلكترونية. قد يكون لها ارتفاعات وعروض وسمكات مختلفة. بعض مبردات الحرارة ذات ارتفاع منخفض، بينما البعض الآخر أكبر وأقوى.

• خيارات التركيب: مبردات الحرارة المستطيلة لها خيارات تركيب مختلفة. على سبيل المثال، بعضها سيتناسب مباشرة على المكون باستخدام لاصق حراري أو مشابك، بينما البعض الآخر مثبت في اللوحة الأم بمسامير. بعض مبردات الحرارة تحتوي على أجهزة تركيب، بينما البعض الآخر يتطلب من المستخدمين شراء الأجهزة بشكل منفصل.

• مميزات التصميم: مبردات الحرارة المستطيلة لها تصاميم مختلفة. على سبيل المثال، بعضها مزود بِزعانف، بينما البعض الآخر مضغوط. مبردات الحرارة ذات الزعانف لها زعانف معدنية صغيرة تزيد من مساحة السطح وتسمح للهواء بالتدفق من خلالها وتبريد المكون. تُعد مبردات الحرارة المضغوطة أصغر حجمًا وتعمل بشكل جيد للمكونات الأقل قوة.

• التبريد السلبي: يعتمد مبرد الحرارة المستطيل ذو التبريد السلبي على الحمل الحراري الطبيعي لتبريد المكون الإلكتروني. غالبًا ما تُصنع من مواد خفيفة الوزن وتحتوي على زعانف تسمح للحرارة بالانتشار في الهواء. هذا النوع من مبردات الحرارة لا يحتوي على مروحة.

• التبريد النشط: يحتوي مبرد الحرارة المستطيل ذو التبريد النشط على مروحة متصلة به. تهب المروحة الهواء على مبرد الحرارة والمكون الإلكتروني، مما يُبردها بشكل أسرع. تُعد هذه المبردات أقوى، لكنها أيضًا تُصدر ضوضاء وتتطلب مصدر طاقة.

سيناريوهات استخدام مبرد الحرارة المستطيل

تُستخدم مبردات الحرارة المستطيلة على نطاق واسع في مختلف الصناعات لتبديد الحرارة من المكونات الإلكترونية. فيما يلي بعض سيناريوهات الاستخدام الشائعة:

• إضاءة LED

  تُستخدم مبردات الحرارة المستطيلة بشكل شائع في تركيبات إضاءة LED لإدارة الحرارة التي تُولّدها شرائح LED. يضمن تبديد الحرارة بكفاءة الأداء الأمثل لِمُصابيح LED وعمرها الطويل.

• إلكترونيات الطاقة

  غالبًا ما تُستخدم الترانزستورات القوية، و IGBT، و MOSFET التي تُستخدم في العاكسات والمحولات وضوابط المحرك مبردات حرارة مستطيلة. تعمل هذه المبردات على تبديد الحرارة للحفاظ على تشغيل مستقر ومنع التسخين الحراري.

• أجهزة الكمبيوتر

  تعتمد وحدات المعالجة المركزية، ووحدات معالجة الرسومات، وشرائح مجموعة الرقائق في أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الإلكترونية الأخرى على مبردات الحرارة المستطيلة للتبريد الفعال. تتطلب مكونات الحوسبة عالية الأداء مبردات حرارة كبيرة أو حتى حلول تبريد نشطة للتعامل مع أحمال الحرارة الكبيرة.

• معدات الاتصالات

  تُستخدم مبردات الحرارة المستطيلة في معدات الاتصالات مثل أجهزة التوجيه والمفاتيح والمُكبرات الصوتية. تضمن التشغيل الموثوق لأجهزة الاتصالات عن طريق تبديد الحرارة من مُكبرات الصوت، والمعالجات، والمكونات الأخرى.

• الإلكترونيات الاستهلاكية

  غالبًا ما تُدمج الأجهزة مثل مُكبرات الصوت، والتلفزيونات، وأجهزة فك تشفير البث مبردات حرارة مستطيلة لتبريد مُكبرات الصوت، ومنظمات الجهد، والمكونات عالية الطاقة. يمكن أن تُستخدم مبردات الحرارة المُصممة بشكل جمالي أيضًا لأغراض زخرفية في معدات الصوت.

• إلكترونيات السيارات

  تُبرد مبردات الحرارة المكونات الإلكترونية في أنظمة السيارات، مثل وحدات التحكم في مجموعة نقل الحركة، وأنظمة الفرامل المانعة للانغلاق (ABS)، وأنظمة التحكم في الاستقرار الإلكتروني (ESC). تعمل في بيئات قاسية وقد تتطلب تصميمات مضغوطة لتناسب المساحات المحدودة.

• المعدات الصناعية

  تُستخدم مبردات الحرارة المستطيلة في مختلف التطبيقات الصناعية، مثل محركات الأقراص، ومعدات اللحام، والروبوتات الصناعية. قد تحتاج إلى تحمل درجات حرارة قصوى، والغبار، والرطوبة في البيئات الصناعية.

• أجهزة المستهلك

  قد تُستخدم الأجهزة مثل أفران الميكروويف، والأفران، والشوايات الكهربائية مبردات حرارة مستطيلة لتبديد الحرارة من دوائر التحكم الإلكترونية أو المكونات عالية الطاقة. قد تحتاج إلى العمل في بيئات ذات درجات حرارة عالية، مثل المناطق القريبة من مناطق الطهي.

• الأجهزة الطبية

  تُستخدم مبردات الحرارة في الأجهزة الطبية مثل أجهزة الموجات فوق الصوتية، وأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي، وأنظمة مراقبة المرضى الإلكترونية. يُعد التبريد الموثوق ضروريًا للتشغيل الدقيق والآمن للأجهزة الطبية.

• أنظمة HVAC

  تُستخدم مبردات الحرارة المستطيلة في المكونات الإلكترونية لأنظمة HVAC، مثل ضوابط المُضخة، والترموستات، ومحركات التردد المتغير (VFD). قد تُعرض للرطوبة، والغبار، ودرجات الحرارة القصوى في التركيبات الخارجية.

كيفية اختيار مبرد الحرارة المستطيل

عند اختيار مبرد حرارة مستطيل، ضع في الاعتبار العوامل التالية:

• المتطلبات الحرارية

  حدد الحد الأقصى لدرجة الحرارة المسموح بها للمكون الذي سيتم تبريده. قد يكون ذلك في ورقة البيانات أو مواصفات المنتج. اعرف قوة تبديد الحرارة أو كمية الحرارة التي تُولّدها المكون. يُوجد ذلك أيضًا في مواصفات المنتج. ضع في الاعتبار البيئة التي سيتم تركيب مبرد الحرارة فيها. يشمل ذلك درجة الحرارة، وقيود المساحة، وتدفق الهواء.

• المادة

  الألمنيوم خفيف الوزن ولديه توصيل حراري جيد. كما أنه أقل تكلفة مقارنةً بالمواد الأخرى. النحاس له توصيل حراري أعلى وهو مناسب للتطبيقات ذات كثافة الطاقة العالية. يمكن استخدامه أيضًا عندما تكون المساحة محدودة. يستخدم بعض المُصنعين مزيجًا من النحاس والألمنيوم لتحسين الأداء. قد يكون ذلك على شكل إدراجات نحاسية أو اندماج بين المواد. يعتمد اختيار المادة على التطبيق المحدد ويمكن تحديده بواسطة عوامل مثل الوزن، والميزانية، والأداء الحراري.

• الحجم وعامل الشكل

  تأكد من أن مبرد الحرارة يتناسب مع قيود المساحة المتاحة. ضع في الاعتبار سمك، وطول، وعرض مبرد الحرارة. لتحقيق الأداء الأمثل، يجب أن يكون مبرد الحرارة أكبر من المكون الذي يُبرد. يسمح ذلك بتبديد الحرارة السلبي بشكل أفضل. ضع في الاعتبار شكل مبرد الحرارة. تُعد مبردات الحرارة المستطيلة أو المربعة مضغوطة وفعالة. كما أنها سهلة التصنيع. تُعد مبردات الحرارة الدائرية جذابة من الناحية الجمالية وتُقلل من اضطراب التدفق. يُعظم الشكل البيضاوي تدفق الهواء ويُقلل من استخدام المواد أثناء التصنيع. تعمل مبردات الحرارة المسطحة بشكل جيد في تطبيقات الطاقة المنخفضة أو عندما يكون الحمل الحراري الطبيعي وفيرًا. تُزيد مبردات الحرارة المضلعة أو ذات الزعانف من مساحة السطح لتحسين تبديد الحرارة.

• خيارات التركيب

  تأكد من أن خيار التركيب يوفر اتصالًا حراريًا جيدًا بين المكون ومبرد الحرارة. ضع في الاعتبار سهولة التجميع ومتانة خيارات التركيب. توفر معاجين اللصق الحرارية اتصالًا حراريًا جيدًا وسهولة التطبيق. توفر شرائط اللصق الحرارية حلًا أنيقًا مع التصاق حساس للضغط. تُوفر البراغي حلًا أكثر متانة وقابلية للفك. تُعد المشابك والأقواس مناسبة للنماذج الأولية أو التطبيقات التي لا تُناسب فيها البراغي. يُشكل اللحام رابطًا دائمًا مع مقاومة حرارية منخفضة، ولكنه يتطلب مهارات وأدوات خاصة.

• تدفق الهواء ود integration

  دمج مروحة مع مبرد الحرارة لتحسين كفاءة التبريد. يتم ذلك عن طريق تركيب المروحة مباشرة على مبرد الحرارة أو تصميم غطاء يُوجه تدفق الهواء. تأكد من عدم انسداد مسار تدفق الهواء للمروحة. استخدم أدوات CFD لمحاكاة تدفق الهواء وتحسين التصميم. بالنسبة للتبريد السلبي، صمم مبرد الحرارة بِزعانف كبيرة أو نسبة مساحة سطح إلى حجم عالية. تأكد من وجود مساحة كافية لتدفق تيارات الحمل الحراري الطبيعي حول مبرد الحرارة. يجب أن يكون سطح مبرد الحرارة غير لامع أو خشن لتعزيز الحمل الحراري الطبيعي.

أسئلة وأجوبة حول مبردات الحرارة المستطيلة

س1: ما هو مبرد الحرارة وكيف يعمل؟

ج1: مبرد الحرارة هو مكون يُساعد على تفريغ الحرارة الزائدة من جهاز ما للحفاظ على درجة حرارة التشغيل المطلوبة. يعمل عن طريق سحب الحرارة من المصدر وتبديدها في الهواء.

س2: ما هي مواد تصنيع مبردات الحرارة؟

ج2: تُصنع مبردات الحرارة عادةً من الألمنيوم أو النحاس نظرًا لتوصيلهما الحراري الممتاز. قد تحتوي بعضها أيضًا على أجزاء بلاستيكية.

س3: ما هو مبرد الحرارة الجيد؟

ج3: سيُصنع مبرد الحرارة الجيد من مواد ذات توصيل حراري عالي، ويُبدد الحرارة بكفاءة، ويكون خفيف الوزن ومتين.

س4: كيف أختار مبرد حرارة؟

ج4: لاختيار مبرد حرارة مناسب، ضع في الاعتبار عوامل مثل المادة، والحجم والوزن، والمقاومة الحرارية، وتدفق الهواء، والتكلفة. أيضًا، تأكد من أنه متوافق مع الجهاز الذي سيتم استخدامه عليه.

س5: ما هما نوعا مبردات الحرارة؟

ج5: هناك نوعان رئيسيان من مبردات الحرارة: السلبي والنشط. يحتوي مبرد الحرارة النشط على مروحة أو أجزاء متحركة أخرى، بينما مبرد الحرارة السلبي لا يحتوي عليها. يعتمد على تدفق الهواء الطبيعي لتبديد الحرارة.