Inuti en hög-kopparkylplatta med hög prestanda: Varför flödesvägsdesign är viktigt
Materialvalet är dock bara en del av den termiska lösningen.
Även med utmärkt värmeledningsförmåga beror kylningsprestanda i slutändan på hur effektivt kylvätskan tar bort värme från den kalla plattan. Det är här designen av interna flödeskanaler blir kritisk.
Vårkoppar kallplattaanvänder ett enda inlopp och ett enda utlopp, men internt följer kylvätskan en noggrant utformad flödesbana i tre-steg som kombinerarvikta fenoroch lanseradeförskjutna fenorför att maximera värmeöverföringen samtidigt som god temperaturjämnhet bibehålls.
Flödesvägen inuti den kalla plattan
Kylvätskan går genom följande sekvens:
Inlopp → Vikt fensektion → Offset fensektion → Andra vikta fensektionen → Utlopp
Istället för att strömma genom en enkel rak kanal upplever kylvätskan olika flödesförhållanden i varje sektion.
Det första vikta -fenområdet ger en stor värmeöverföringsyta med relativt lågt flödesmotstånd.
Kylvätskan går sedan in i det förskjutna -fenområdet, där turbulensen avsiktligt ökar för att förbättra den lokala värmeöverföringen.
Slutligen passerar kylvätskan genom en andra vikt -fensektion innan den lämnar den kalla plattan, vilket gör att eventuell återstående kylkapacitet kan utnyttjas fullt ut.
Detta stegvisa tillvägagångssätt hjälper till att uppnå både lågt termiskt motstånd och förbättrad temperaturfördelning över kylytan.
Varför vi använder en Center Inlet Design
Många konventionella kylplattor inför kylvätska från ena änden och släpper ut den från den motsatta änden.
Även om det är enkelt skapar detta arrangemang ofta temperaturskillnader över kylytan. Komponenter placerade nära inloppet får kallare kylvätska, medan nedströms komponenter kyls av varmare vätska.
I hög-omriktarapplikationer kan denna temperaturskillnad bli betydande.
För att lösa detta problem är inloppet på vår kylplatta placerat direkt ovanför mittenhopvikt-fenaavsnitt.
När kylvätska kommer in i plattan delar den sig naturligt och strömmar mot båda sidor.
Eftersom krafthalvledarenheter ofta är placerade nära mitten av den kalla plattan, når den kallaste kylvätskan det högsta värmeflödesområdet först. Detta hjälper till att förbättra temperaturens enhetlighet och minskar termiska gradienter över kylytan.
För invertersystem kan lägre temperaturskillnader bidra till stabilare enhetsdrift och längre livslängd.
Offset fenor: Högre flödesmotstånd för starkare värmeöverföring
Delanserad offset-finsektionen ligger i det område där värmekoncentrationen är högst.
Jämfört med vikta fenor har offset fenor en mycket tätare struktur. Fenorna är arrangerade i ett förskjutet mönster, vilket skapar många smala passager som kontinuerligt stör kylvätskeflödet.
När kylvätskan rör sig genom denna region, tvingas den att upprepade gånger ändra riktning.
Detta ökar turbulensen och bryter kontinuerligt upp det termiska gränsskiktet som naturligt bildas längs fasta ytor.
Resultatet är en betydligt högre konvektiv värmeöverföringskoefficient jämfört med en enkel rak kanal.
Avvägningen- är ökat tryckfall.
Men för applikationer där kylprestanda är det primära målet, är detta extra flödesmotstånd ofta värt besväret eftersom det tillåter en mycket större mängd värme att avlägsnas från den hetaste delen av den kalla plattan.
Varför lägga till en andra vikt -finsektion?
I vissadesign av kall tallrik, kylvätska kommer ut omedelbart efter att ha passerat genom den högpresterande fenregionen-.
Vi valde ett annat tillvägagångssätt.
Även om kylvätsketemperaturen stiger efter att ha strömmat genom den förskjutna -fensektionen, behåller den fortfarande ytterligare värmeabsorptionskapacitet.
Genom att lägga till en andra vikt -fensektion före utloppet fortsätter kylvätskan att byta värme med den kalla plattan istället för att lämna oanvänd kylpotential bakom sig.
Vikta fenor ger en stor effektiv yta jämfört med en slät kanalvägg, vilket gör att restvärme kan fångas upp innan kylvätskan lämnar systemet.
Detta hjälper till att maximera den totala termiska prestandan för den kalla plattan.
En liten detalj som betyder något: Finhållningsegenskaper
Vikta fenor är tillverkade av tunt kopparmaterial.
Under lång-drift kan kylvätskeflödet skapa vibrationer eller rörelser om fenorna inte är ordentligt säkrade.
För att bibehålla strukturell stabilitet är fästfunktioner integrerade på båda sidor av de vikta -fensektionerna.
Dessa funktioner låser fenorna på plats utan att blockera den primära flödesvägen.
Även om denna detalj sällan är synlig från utsidan, hjälper den till att säkerställa konsekvent termisk prestanda och tillverkningssäkerhet över hela produktionsbatcher.
Slutsats
Utförandet av envätskekylning kall plattabestäms av mer än bara materialval.
Genom att kombinera en centruminloppsdesign, vikta fenor, förskjutna fenor och en stegvis flödesbana,koppar kallplattauppnår förbättrad värmeöverföring, bättre temperaturjämnhet och effektivt utnyttjande av kylmedelskapacitet.
Den interna strukturen är dock bara en del av helhetslösningen.
Även den bästa flödeskanaldesignen kan inte leverera sin fulla prestanda om kontaktytan mellan kylplattan och värmekällan inte är korrekt bearbetad.
I nästa artikel kommer vi att titta på bearbetningsnoggrannhet och tillförlitlighetstestning, inklusive planhetskontroll, ytfinishing och 6-bar trycktestning som används för att verifiera långsiktig tätningsprestanda i växelriktare och nya energitillämpningar.
