كيفية قياس التوصيل الحراري لمواد التوجيه في المشتت الحراري IGBT؟

باعتبارنا موردًا لمواد توجيه المشتت الحراري IGBT، يعد فهم كيفية قياس التوصيل الحراري لمواد التوجيه الخاصة بنا أمرًا بالغ الأهمية. تعتبر الموصلية الحرارية خاصية أساسية تحدد مدى فعالية المادة في نقل الحرارة. في سياق المشتتات الحرارية IGBT، يعد نقل الحرارة الفعال أمرًا ضروريًا للحفاظ على الأداء الأمثل وطول عمر وحدات IGBT. في منشور المدونة هذا، سأستكشف طرقًا مختلفة لقياس التوصيل الحراري لمواد التوجيه في المشتتات الحرارية IGBT.

أهمية التوصيل الحراري في المشتتات الحرارية IGBT

تُستخدم وحدات IGBT (الترانزستور ثنائي القطب ذو البوابة المعزولة) على نطاق واسع في التطبيقات الإلكترونية عالية الطاقة مثل السيارات الكهربائية وأنظمة الطاقة المتجددة ومحركات المحركات الصناعية. أثناء التشغيل، تولد هذه الوحدات كمية كبيرة من الحرارة. إذا لم يتم تبديد هذه الحرارة بشكل صحيح، فسترتفع درجة حرارة وحدة IGBT، مما قد يؤدي إلى انخفاض الكفاءة، وانخفاض الموثوقية، وحتى فشل الجهاز.

تلعب مادة التوجيه الموجودة في المشتت الحراري IGBT دورًا رئيسيًا في نقل الحرارة. يمكن للمادة ذات الموصلية الحرارية العالية نقل الحرارة الناتجة عن وحدة IGBT بسرعة إلى زعانف المشتت الحراري، حيث يمكن تبديدها في البيئة المحيطة. لذلك، يعد قياس التوصيل الحراري لمواد التوجيه بدقة أمرًا حيويًا لاختيار المادة المناسبة وتحسين تصميم المشتت الحراري.

طرق قياس التوصيل الحراري

1. ثابت - أساليب الدولة

أ. طريقة طبق ساخن محروس

تعد طريقة اللوح الساخن المحمي إحدى طرق الحالة المستقرة الأكثر استخدامًا لقياس التوصيل الحراري. في هذه الطريقة، يتم وضع عينة من مادة التوجيه بين لوحين مسطحين: لوح ساخن ولوح بارد. توفر اللوحة الساخنة تدفقًا حراريًا ثابتًا للعينة، بينما تمتص اللوحة الباردة الحرارة. يتم استخدام المزدوج الحراري لقياس الفرق في درجة الحرارة بين اللوحين.

يمكن حساب الموصلية الحرارية (k) باستخدام الصيغة التالية:
[k=\frac{Q\cdot L}{A\cdot\Delta T}]
حيث (Q) هو التدفق الحراري، (L) هو سمك العينة، (A) هو مساحة المقطع العرضي للعينة، و (\Delta T) هو الفرق في درجة الحرارة بين الصفائح الساخنة والباردة.

ميزة طريقة اللوح الساخن المحمي هي دقتها العالية وموثوقيتها. ويمكنه قياس التوصيل الحراري لأنواع مختلفة من المواد، بما في ذلك المواد الصلبة والسوائل والغازات. ومع ذلك، فهي طريقة بطيئة نسبيًا، لأنها تتطلب وقتًا طويلاً للوصول إلى حالة الاستقرار.

ب. طريقة مقياس التدفق الحراري

طريقة قياس التدفق الحراري هي طريقة أخرى للحالة المستقرة. وهي تشبه طريقة الصفيحة الساخنة المحمية، ولكن بدلاً من قياس تدفق الحرارة مباشرة، فإنها تستخدم مقياس تدفق الحرارة لقياس معدل انتقال الحرارة عبر العينة.

يتكون مقياس التدفق الحراري من عمود حراري يولد جهدًا يتناسب مع تدفق الحرارة. ومن خلال قياس الجهد وفرق درجة الحرارة عبر العينة، يمكن حساب التوصيل الحراري.

تعد طريقة مقياس التدفق الحراري أسرع من طريقة اللوح الساخن المحمي وهي مناسبة لقياس التوصيل الحراري للمواد الرقيقة. ومع ذلك، قد يكون لها بعض القيود في الدقة، خاصة بالنسبة للمواد ذات الموصلية الحرارية المنخفضة.

2. الطرق العابرة

أ. طريقة مصدر المستوى العابر (TPS).

تعد طريقة مصدر المستوى العابر طريقة عابرة شائعة لقياس التوصيل الحراري. في هذه الطريقة، يتم وضع عنصر تسخين دائري رفيع بين عينتين من مادة التوجيه. يتم استخدام عنصر التسخين لتوليد نبضة حرارية قصيرة المدة، ويتم قياس استجابة درجة حرارة العينات كدالة للوقت.

يمكن تحديد الموصلية الحرارية من خلال تحليل منحنى درجة الحرارة - الزمن باستخدام نموذج رياضي. تتمتع طريقة TPS بالعديد من المزايا، بما في ذلك وقت القياس السريع، والقدرة على قياس المواد متباينة الخواص، ومجموعة واسعة من قيم التوصيل الحراري المطبقة.

ب. طريقة فلاش الليزر

تُستخدم طريقة فلاش الليزر بشكل شائع لقياس الانتشار الحراري للمواد، والتي يمكن بعد ذلك استخدامها لحساب التوصيل الحراري. في هذه الطريقة، يتم تطبيق نبضة ليزر قصيرة على جانب واحد من العينة، ويتم قياس ارتفاع درجة الحرارة على الجانب الآخر باستخدام كاشف الأشعة تحت الحمراء.

يتم حساب الانتشار الحراري ((\alpha)) من الوقت الذي تستغرقه درجة الحرارة للوصول إلى جزء معين من قيمتها القصوى. يمكن بعد ذلك حساب الموصلية الحرارية (k) باستخدام الصيغة التالية:
[ك=\rho\cdot C_p\cdot\alpha]
حيث (\rho) هي كثافة المادة و(C_p) هي السعة الحرارية النوعية.

تعتبر طريقة فلاش الليزر مناسبة للمواد ذات التوصيل الحراري العالي ويمكن أن توفر نتائج دقيقة في وقت قصير نسبيًا. ومع ذلك، فإنه يتطلب تحكمًا دقيقًا في الظروف التجريبية وقد لا يكون مناسبًا للمواد ذات الانتشار الحراري المنخفض.

العوامل المؤثرة على قياس التوصيل الحراري

1. درجة الحرارة

الموصلية الحرارية تعتمد على درجة الحرارة. وبشكل عام فإن التوصيل الحراري لمعظم المواد يتناقص مع زيادة درجة الحرارة. لذلك، من المهم قياس التوصيل الحراري عند درجة حرارة تشغيل المشتت الحراري IGBT لضمان الحصول على نتائج دقيقة.

2. إعداد العينات

يمكن أن تؤثر جودة تحضير العينة بشكل كبير على قياس التوصيل الحراري. يجب أن تكون العينة ذات سمك موحد، وأسطح ناعمة، ولا تحتوي على فجوات هوائية أو شوائب. أي عدم تجانس أو عيوب في العينة يمكن أن يؤدي إلى أخطاء في القياس.

3. اتصل بالمقاومة

يمكن أن تؤثر أيضًا مقاومة التلامس بين العينة ومعدات القياس على دقة قياس التوصيل الحراري. لتقليل مقاومة الاتصال، يمكن استخدام مواد الواجهة الحرارية المناسبة بين العينة واللوحات أو أجهزة الاستشعار.

توصيات المنتج

في شركتنا، نقدم مجموعة واسعة من المشتتات الحرارية عالية الجودة، بما في ذلكمشتت حراري فضي من فئة الخمس نجوم بقدرة 20 وات لإضاءة COB,النحاس يهربون مبادل حراري أنابيب الحرارة النحاس المبرد بالوعة الحرارة، ومستطيل بثق النحاس بالوعة الحرارة 1u. تم تصميم المشتتات الحرارية لدينا لتوفير أداء ممتاز في تبديد الحرارة، ونحن نضمن أن مواد التوجيه المستخدمة فيها تتمتع بموصلية حرارية عالية.

خاتمة

يعد القياس الدقيق للتوصيل الحراري لمواد التوجيه في المشتت الحراري IGBT أمرًا ضروريًا لضمان التشغيل الفعال لوحدات IGBT. يمكن استخدام كل من أساليب الحالة الثابتة والعابرة لهذا الغرض، ولكل منها مزاياها وقيودها. من خلال النظر في عوامل مثل درجة الحرارة، وإعداد العينة، ومقاومة الاتصال، يمكننا الحصول على نتائج قياس أكثر دقة.

إذا كنت في السوق للحصول على مواد توجيه المشتت الحراري IGBT أو المشتتات الحرارية عالية الجودة، فنحن هنا لمساعدتك. يمكننا تزويدك بمعلومات مفصلة حول التوصيل الحراري لمنتجاتنا والعمل معك لتحديد الحلول الأكثر ملاءمة لتطبيقاتك. اتصل بنا لبدء مناقشة حول احتياجات الشراء الخاصة بك.

مراجع

• تشانغ، إكس، وتشين، ي. (2018). دليل التوصيل الحراري. إلسفير.
• ASTM الدولية. (2019). طرق الاختبار القياسية لقياسات التدفق الحراري المستقر وخصائص النقل الحراري عن طريق جهاز قياس التدفق الحراري. أستم C518.
• مالكي، م.، وغدادي، أ. (2015). طرق عابرة لقياس الخواص الحرارية. في التوصيل الحراري 42. سبرينغر.