Chladiče

Chladič (v elektronike)-je zariadenie, ktoré je určené na odvod prebytočného tepla vznikajúceho pri prevádzke elektronickej súčiastky alebo modulu tak, aby chladený objekt neprekročil maximálnu dovolenú prevádzkovú teplotu.
Princíp funkcie chladiča:

Miera odvodu tepla (prostredníctvom chladiča) rastie s rastúcim odvodom teplôt medzi chladeným objektom a okolitým prostredím (ktoré má v predpokladanom ideálnom prípade konštantnú teplotu a nekonečnú tepelnú kapacitu). To znamená, že pri konštantnom zdroji tepla sa ustáli rovnováha medzi dodávaným a odoberaným teplom pri určitej teplote aktívneho prvku (zdroja tepla). Úlohou chladiča je dosiahnuť takú mieru odvodu tepla, aby bola táto teplota nižšia než je maximálna dovolená prevádzková teplota. Treba brať do úvahy aj závislosť životnosti a poruchovosti zariadenia od prevádzkovej teploty. Ekonomické podmienky pritom nútia prihliadať aj na pomer bežných prevádzkových a plánovaných medzných parametrov.

Rovinnosť a hladkosť povrchov - tepelne vodivé pasty, tmely a lepidlá:

Pri nerovinnosti styčných plôch a pri ich zvýšenej drsnosti nie je možné ich priamym kontaktom dosiahnuť dostatočne veľkú plochu pre prestup tepla. Miesta kde nedošlo k priamemu kontaktu sú oddelené vrstvou vzduchu, ktorý je vynikajúcim tepelným izolantom.

Tam, kde neprichádza do úvahy dostatočná úprava rovinnosti a drsnosti, sa dajú využiť rôzne tepelne vodivé pasty, tmely a lepidlá. Pri ich aplikácii je potrebné sa snažiť o čo najtenšiu vrstvu, keďže majú obvykle tepelný odpor výrazne vyšší ako priamy kontakt chladeného povrchu a chladiča. U pást s obsahom kovových častíc môže pri neopatrnej aplikácii a kontaminácii vývodov dôjsť aj k nežiadúcim zvodom či priamo skratom medzi vývodmi.

 

Prítlak:

Pre dostatočný odvod tepla je potrebné udržať chladený povrch v tesnom kontakte s chladičom aj počas pohybov vyvolaných zmenami teploty, vibráciami a nárazmi. Je preto chladič potrebné udržiavať v kontakte so súčiastkou vhodnou mechanickou prítlačnou konštrukciou.

Je pritom potrebné dbať na rozdielnu teplotnú rozťažnosť jednotlivých súčastí, aby nedošlo k nedovoleným pnutiam a následnému poškodeniu. Preto na dosiahnutie dostatočného prítlaku je v niektorých prípadoch vhodnejšie použiť pružné systémy oproti pevným skrutkovaným či nitovaným spojom, ktoré sú však výrazne lacnejšie.

Izolačné podložky:

Niekedy je potrebné dosiahnuť elektrickú izoláciu medzi povrchom súčiastky a chladičom. Vtedy sa medzi súčiastku a chladič umiestňuje tenká podložka z hmoty, ktorá má dobré elektrické izolačné vlastnosti, ale pritom je aj pomerne dobrým tepelným vodičom. Takýto zásah samozrejme zhorší chladenie súčiastky, avšak môže byť nevyhnutný z konštrukčných alebo bezpečnostných dôvodov.

Tradične sa na tento účel používali pláty sľudy, a v menej náročných aplikáciách kúsok špeciálneho papiera či textilu impregnovaného rôznymi látkami. Dnes sa na tento účel používajú rôzne polymérové fólie, ktoré sú dodávané priamo v rozmeroch pre jednotlivé štandardné typy púzdier.

Rozvod a rozptýlenie tepla:

Chladič musí zabezpečiť rozvod tepla z pomerne malej plochy súčiastky a rozptýliť ho do okolia. Na rozvod aj rozptýlenie tepla do okolia sa používajú všetky metódy prenosu tepla: prirodzený prenos vedením, vyžarovaním aj prúdením, ako aj aktívne tepelné čerpadlá.

Pasívne chladiče:

Tieto chladiče neobsahujú žiadne pohyblivé časti a na svoju funkciu nepotrebujú žiadnu energiu dodávanú zvonku. Jedná sa obvykle o masívne kovové bloky s jednou rovnou stranou (na pripevnenie k chladenej súčiastke) a s mohutným rebrovaním.

Pre zvýšenie rozvodu tepla je blok vytvorený z tepelne dobre vodivého kovu, obvykle hliníka, u najnáročnejších aplikáciách z medi (príp. ich kombinácie). Pre zvýšenie odvodu tepla žiarením sú obvykle čiernené. Mohutné rebrovanie podporuje prenos tepla medzi chladičom a okolitým vzduchom, pričom sa vhodným umiestnením dá dosiahnuť zvýšená účinnosť chladenia vďaka prirodzenému gravitačnému pohybu ohrievaného vzduchu.

Chladiče s ventilátormi využívajú nútené prúdenie vzduchu okolo rebrovania chladiča (alebo priamo okolo chladenej súčiastky) vyvolávané elektricky poháňaným ventilátorom, na zvýšenie účinnosti prestupu tepla medzi chladičom a vzduchom.

Aj keď sa jedná o najpopulárnejšie a najlacnejšie riešenie chladenia v prípade vyšších výkonov, následným problémom je vznikajúci hluk, a hromadenie (tepelne izolujúceho) prachu.

Rozvádzače tepla-Heatpipe:

Tepelné trubice (heatpipe) slúžia na prenos tepla z miesta, kde je zdroj tepla, ale nevieme tam zabezpečiť dostatočné chladenie, na iné miesto (až do jedného metra), kde sa účinné chladenie zabezpečiť dá. Podobne sa trubice používajú aj na odvod tepla z hermeticky uzatvoreného priestoru, kde sa nedá zabezpečiť prívod vzduchu. "Teplý koniec" trubice je pripevnený na zdroji tepla, a zo "studeného konca" je teplo odvádzané chladičom. Typicky sa tieto chladiče používajú na chladenie CPU v notebookoch.

Tepelná trubica je obvykle v tvare pomerne tenkej, sploštenej rúrky, z čoho je odvodený aj anglický názov heatpipe. Rúrka je uzavretá a je naplnená pracovnou kvapalinou s nízkou teplotou varu. Prirodzený pohyb chladiva od chladeného miesta k chladiču je v týchto chladičoch zabezpečený obvykle gravitačným obehom. Častokrát pritom dochádza aj k fázovým zmenám - vyparovaniu na teplom a kondenzácii na studenom konci trubice.