محاسبه هیت سینک (Heat Sink) به منظور تعیین اندازه و طراحی مناسب برای دفع حرارت از یک قطعه الکترونیکی یا مکانیکی انجام میشود. این محاسبات بر اساس اصول انتقال حرارت و پارامترهای فیزیکی سیستم انجام میگیرند. در ادامه، مراحل و فرمولهای اصلی برای محاسبه هیت سینک توضیح داده میشود.

—

مراحل محاسبه هیت سینک :

1. تعیین میزان حرارت تولیدی (Q):
– ابتدا باید میزان حرارت تولید شده توسط قطعه (مانند CPU، ترانزیستور یا LED) را بدانید. این مقدار معمولاً بر حسب وات (W) بیان میشود و ممکن است در دیتاشیت قطعه ذکر شده باشد.

2. تعیین دمای مجاز قطعه (T_junction یا T_j):
– دمای ماکزیمم مجاز برای قطعه را از دیتاشیت آن استخراج کنید. این دما بر حسب درجه سانتیگراد (°C) بیان میشود.

3. تعیین دمای محیط (T_ambient یا T_a):
– دمای محیطی که قطعه در آن کار میکند را مشخص کنید. این دما نیز بر حسب درجه سانتیگراد (°C) بیان میشود.

4. محاسبه مقاومت حرارتی کل سیستم (R_total):
– مقاومت حرارتی کل سیستم، مجموع مقاومتهای حرارتی بین قطعه و محیط است. این مقاومت بر حسب درجه سانتیگراد بر وات (°C/W) بیان میشود و از رابطه زیر محاسبه میشود:

\[
R_{total} = \frac{T_j – T_a}{Q}
\]

5. تعیین مقاومت حرارتی قطعه به هیت سینک (R_jc):
– این مقاومت حرارتی بین قطعه و هیت سینک است و معمولاً در دیتاشیت قطعه ذکر میشود.

6. تعیین مقاومت حرارتی هیت سینک به محیط (R_ca):
– این مقاومت حرارتی بین هیت سینک و محیط است و باید توسط هیت سینک تأمین شود. این مقدار از رابطه زیر محاسبه میشود:

\[
R_{ca} = R_{total} – R_{jc}
\]

7. انتخاب هیت سینک مناسب:
– هیت سینکی انتخاب میشود که مقاومت حرارتی آن (R_ca) کمتر یا مساوی مقدار محاسبه شده باشد. این مقدار معمولاً در دیتاشیت هیت سینکها ذکر میشود.

—

فرمولهای کلیدی:

1. محاسبه مقاومت حرارتی کل:
\[
R_{total} = \frac{T_j – T_a}{Q}
\]

2. محاسبه مقاومت حرارتی هیت سینک:
\[
R_{ca} = R_{total} – R_{jc}
\]

3. محاسبه دمای قطعه با استفاده از هیت سینک:
\[
T_j = T_a + Q \times (R_{jc} + R_{ca})
\]

—

عوامل مؤثر در طراحی هیت سینک:
1. جنس هیت سینک: موادی مانند آلومینیوم و مس با رسانایی حرارتی بالا استفاده میشوند.
2. سطح تماس با هوا: افزایش سطح فینها (Fins) باعث بهبود انتقال حرارت میشود.
3. **جریان هوا: استفاده از فن (در هیت سینکهای فعال) باعث افزایش جریان هوا و کاهش مقاومت حرارتی میشود.
4. نصب صحیح: اتصال مناسب بین قطعه و هیت سینک (با استفاده از خمیر حرارتی) برای کاهش مقاومت حرارتی تماسی (R_contact) بسیار مهم است.

—

مثال محاسبه:
فرض کنید:
– حرارت تولیدی قطعه (Q) = 50 وات
– دمای مجاز قطعه (T_j) = 100 درجه سانتیگراد
– دمای محیط (T_a) = 25 درجه سانتیگراد
– مقاومت حرارتی قطعه به هیت سینک (R_jc) = 0.5 °C/W

مراحل محاسبه:
1. محاسبه مقاومت حرارتی کل:
\[
R_{total} = \frac{100 – 25}{50} = 1.5 \, \text{°C/W}
\]

2. محاسبه مقاومت حرارتی هیت سینک:
\[
R_{ca} = 1.5 – 0.5 = 1.0 \, \text{°C/W}
\]

3. انتخاب هیت سینک:
– هیت سینکی انتخاب کنید که مقاومت حرارتی آن کمتر یا مساوی 1.0 °C/W باشد.

–