ITMI20090251A1 - Dissipatore di calore a ventilazione forzata, particolarmente per dispositivi elettronici di alta potenza. - Google Patents
Dissipatore di calore a ventilazione forzata, particolarmente per dispositivi elettronici di alta potenza.Info
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Description
"DISSIPATORE DI CALORE A VENTILAZIONE FORZATA, PARTICOLARMENTE PER DISPOSITIVI ELETTRONICI DI ALTA POTENZA"
D E S C R I Z I O N E
Il presente trovato ha per oggetto un dissipatore di calore a ventilazione forzata, particolarmente per dispositivi elettronici di alta potenza.
Attualmente sul mercato, per il raffreddamento di dispositivi elettronici di alta potenza come, ad esempio, i transistori di potenza a radiofrequenza, detti anche RF, utilizzati per diffondere segnali televisivi analogici e/o digitali nelle gamme di frequenza VHF ed UHF, vengono utilizzati dissipatori realizzati in diverse forme e con differenti processi costruttivi .
Tra questi dispositivi noti si possono trovare, ad esempio, dissipatori ricavati da estrusione che consistono in corpi alettati ottenuti per trafilatura di alluminio attraverso una matrice che vengono utilizzati con convenzione naturale e con ventilazione forzata.
Questi tipi di dissipatori di tipo noto possono raggiungere buoni rendimenti termici all·'aumentare della superficie lambita dall'aria. In linea teorica questo aumento può essere raggiunto con l'ingrandimento del dissipatore stesso o con 1 'infittimento delle alette di scambio termico.
Questo infittimento delle alette di scambio termico non è però possibile oltre un limite massimo in quanto la tecnologia produttiva utilizzata per realizzare tali dissipatori non consente l'ottenimento di matrici con alettature molto fitte.
Rimane perciò l'alternativa dell'aumento delle dimensioni che risulta però essere poco vantaggiosa in quanto porta ad avere un dissipatore di calore di dimensioni molto maggiori rispetto al dispositivo elettronico da raffreddare .
Altro esempio di dissipatori di tipo noto può consistere nei dissipatori ricavati da alette affiancate .
Questo secondo tipo di dissipatori noti è costituito da alette di alluminio trafilate con la base costruita da una geometrica particolare tale da poterle affiancare e pressare, o in alternativa incastrare e/o incollare. Così si ottengono dissipatori con dimensioni multiple dell'elemento di partenza; ovviamente, lo spessore del piano, la spaziatura e la lunghezza delle alette dipendono dalle dimensioni dell’elemento base.
Siccome il trasferimento di calore dalla parte piana all’aletta è ottimale solo per pochi centimetri, il migliore rendimento di questa soluzione si ha quando la potenza da dissipare è distribuita su due parti piane opposte tra loro presentanti in comune le stesse alette in modo da definire un unico canale di ventilazione.
Un ultimo esempio di dissipatori di tipo noto sono quelli a ventilazione perpendicolare. Questo tipo di dissipatori può essere realizzato in alluminio per estrusione, per stampaggio o per fresatura ed in diversi materiali. Nei casi più gravosi vengono realizzati in rame.
In questo tipo di soluzione il flusso d’aria investe perpendicolarmente il dissipatore portando ad avere un raffreddamento ottimale.
Tuttavia, qualora la sorgente di calore sia posizionata all'interno di un apparato, è necessaria un'ulteriore ventilazione per estrarre l'aria limitando drasticamente l'ottimizzazione degli spazi.
Compito precipuo del presente trovato consiste nel fatto di realizzare un dissipatore di calore a ventilazione forzata, particolarmente per dispositivi elettronici di alta potenza, che consenta di raffreddare efficacemente i dispositivi elettronici sui quali è applicato con ingombri inferiori rispetto a quelli della tecnica nota .
Nell'ambito di tale compito, altro scopo del presente trovato è quello di realizzare un dissipatore di calore che sia di facile realizzazione.
Un altro scopo del presente trovato consiste nel fatto di realizzare un dissipatore di calore con una struttura semplice nonché di costo relativamente contenuto.
Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un dissipatore di calore a ventilazione forzata, particolarmente per dispositivi elettronici di alta potenza, comprendente un piano di dissipazione collegabile termicamente ad un dispositivo elettronico da raffreddare e solidale ad una pluralità di alette di raffreddamento sviluppantisi sostanzialmente perpendicolarmente da detto piano di dissipazione e definenti una pluralità di canali di passaggio di aria forzata per la canalizzazione di detta aria forzata ed il raffreddamento di dette alette di raffreddamento, caratterizzato dal fatto che detti canali di passaggio sono disposti a reticolo e si sviluppano sostanzialmente parallelamente a detto piano di dissipazione .
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato risulteranno dalla descrizione di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, di un dissipatore di calore a ventilazione forzata, particolarmente per dispositivi elettronici di alta potenza, secondo il trovato, illustrata, a titolo indicativo e non limitativo, negli allegati disegni, in cui:
la figura 1 è una vista prospettica di una forma di realizzazione di un dissipatore di calore a ventilazione forzata, particolarmente per dispositivi elettronici di alta potenza, secondo il trovato;
la figura 2 è una vista prospettica in esploso del dissipatore di calore rappresentato in figura 1;
la figura 3 è una vista in alzato frontale del dissipatore di calore rappresentato in figura 1; la figura 4 è una vista prospettica di un dispositivo elettronico a transistori di alta potenza con applicati due dissipatori di calore secondo il trovato.
Con riferimento alle figure citate, il dissipatore di calore a ventilazione forzata, particolarmente per dispositivi elettronici di alta potenza, indicato globalmente con il numero di riferimento 1, comprende un piano di dissipazione 2 realizzato con un materiale ad alta conducibilità termica compreso, ad esempio, tra alluminio, rame, grafite e fibre di grafite, collegabile termicamente ad un dispositivo elettronico 9 da raffreddare e solidale ad una pluralità di alette di raffreddamento 3 anch’esse realizzate con un materiale ad alta conducibilità termica compreso, ad esempio, tra alluminio, rame, grafite e fibre di grafite e sviluppantisi sostanzialmente perpendicolarmente dal piano di dissipazione 2.
Vantaggiosamente, ciascuna delle alette di raffreddamento 3 comprende un foglio di lamiera piegato su se stesso per deformazione plastica lungo il proprio asse di simmetria e definente due porzioni laterali 4 e 5 reciprocamente affacciate e simmetricamente ondulate per la definizione di una pluralità di canali di passaggio 6 di aria forzata per la canalizzazione della stessa ed il raffreddamento delle alette di raffreddamento 3. In questo modo, è possibile rendere molto elevata la superficie affacciata all'aria in transito ottimizzando il flusso della stessa in transito nel singolo canale 6 cosicché venga favorito lo scambio termico con le alette di raffreddamento 3.
Più precisamente, il piano di dissipazione 2 comprende una pluralità di scanalature 7 parallele tra loro e definite sulla superficie 8 affacciata alle alette di raffreddamento 3 per il fissaggio delle stesse al piano di dissipazione 2.
Infatti, le alette di raffreddamento 3 sono fissate al piano di dissipazione 2 per mezzo di inserimento a pressione delle stesse nelle scanalature 7 con successiva saldatura tra le alette di raffreddamento 3 ed il piano di dissipazione 2.
In alternativa, le alette di raffreddamento 3 possono essere realizzate per estrusione sia nel caso di aletta singola che nel caso di aletta multipla mantenendo la geometria descritta.
Infatti, nel caso di aletta di raffreddamento 3 singola, ciascuna aletta di raffreddamento 3 presenterà un ondulamento triangolare per la definizione dei canali di passaggio 6 a sezione romboidale .
Analogamente, nel caso di alette di raffreddamento 3 multiple, le stesse comprenderanno le porzioni laterali 4 e 5 reciprocamente affacciate e simmetricamente ondulate per la definizione dei canali di passaggio 6 a sezione romboidale.
Secondo il trovato, i canali di passaggio 6 sono disposti a reticolo secondo una disposizione quinconciale e si sviluppano sostanzialmente parallelamente al piano di dissipazione 2.
Più particolarmente, le porzioni laterali 4 e 5 delle alette di raffreddamento 3 presentano un ondulamento triangolare in modo tale che i canali di passaggio 6 assumano una sezione romboidale.
In alternativa, le alette di raffreddamento 3 possono assumere diverse sagomature in modo tale da creare canali di passaggio 6 di forma, ad esempio, circolare o poligonale.
La particolare geometria delle alette di raffreddamento 3 permette di favorire il massimo trasferimento di calore tra la generica aletta di raffreddamento 3 e l'aria in transito, grazie ad una resistenza ottimale dell'aria non troppo bassa, che abbasserebbe l'efficienza del dissipatore di calore 1, e non troppo alta che frenerebbe eccessivamente l’aria limitando il volume in transito e quindi limitando la capacità di rimuovere calore.
A tale riguardo, da prove sperimentali il dimensionamento ottimale delle alette di raffreddamento 3 è tale da dar luogo a canali di passaggio 6 con sezione quadrata la cui diagonale diagonale è compresa tra 5,6 mm e 11,3 mm e preferibilmente pari a 8,6 mm.
Il funzionamento del dissipatore di calore 1 secondo il presente trovato risulta chiaro ed evidente da quanto descritto.
Con riferimento alla figura 4, per una migliore comprensione dei benefici introdotti dal dissipatore di calore 1 rispetto la tecnica nota di seguito è riportata una prova comparativa di un dissipatore di calore 1 secondo il trovato con un dissipatore di tipo noto ricavato da alette affiancate .
Le misurazioni sono state eseguite in corrente continua simulando la massima potenza dissipata dai quattro transistori 10a, 10b, 10c e lOd del dispositivo elettronico 9 nelle reali condizioni di funzionamento a radiofrequenza, impiegando, rispettivamente, un dissipatore ad alette affiancate dotato di inserto in rame per massimizzarne efficienza di scambio termico ed un dissipatore di calore 1 secondo il presente trovato .
Le misure di seguito riportate fanno riferimento alle temperature rilevate sulle coppie di viti Ila, 12a, llb, 12b, Ile, 12c, lld e 12d, che serrano, rispettivamente, le flange dei quattro transistori 10a, 10b, 10c e lOd RF Freescale MRFE6P3300H alimentati a 32V e con corrente di polarizzazione 6,5A (208W).
La prima tabella fa riferimento ad un dissipatore secondo la tecnica nota che consiste in un dissipatore in alluminio PADA W=200 mm x L=160 mm x H= 43,6 mm (dove W è la larghezza del fronte di ingresso aria, L è la lunghezza del dissipatore, H è l'altezza del fronte di ingresso aria) con parte piana di dissipazione di spessore 13 mm (per aumentare l'efficienza, sotto i transistori, al centro della parte piana, mediante fresatura, è inserita una barra di rame 50 x 5 x 200 mm) e alettatura 1,5 x 30,6 mm a passo di 6 mm a temperatura ambiente 25°C e con un flusso d'aria di 400 m<3>/h.
TABELLA 1
La seconda tabella fa invece riferimento ad un dissipatore di calore secondo il presente trovato che consiste in due dissipatori di calore 1 in rame affiancati W=200 mm x L=65 mm x H=43,6 mm (dove W è la larghezza del fronte di ingresso aria, L è la lunghezza del dissipatore, H è l'altezza del fronte di ingresso aria) a temperatura ambiente 25°C e con un flusso d'aria di 240 m<3>/h.
TABELLA 2
Di seguito è riportata una tabella riassuntiva dei vantaggi introdotti dal dissipatore di calore 1 secondo il trovato rispetto la tecnica nota.
TABELLA 3
Dalle tabelle riportate si evince chiaramente come il dissipatore di calore secondo il trovato porti ad avere un variazione termica tra la temperatura media delle viti del generico transistore 10a, 10b, 10c e lOd e la temperatura ambiente, pari tipicamente a 25°C, inferiore di almeno 6°C, ossia inferiore del 10%, rispetto la tecnica nota.
Si è in pratica constatato come il dissipatore di calore a ventilazione forzata, particolarmente per dispositivi elettronici di alta potenza, secondo il presente trovato, assolva pienamente il compito nonché gli scopi prefissati, in quanto consente di effettuare un ottimo raffreddamento dei dispositivi elettronici ai quali è collegato con un ridotto ingombro rispetto la tecnica nota ed un risparmio di portata di aria.
Un altro vantaggio del dissipatore, secondo il presente trovato, consiste nel fatto di essere costruttivamente semplice e tecnologicamente ottenibile con costi competitivi.
Il dissipatore di calore a ventilazione forzata, particolarmente per dispositivi elettronici di alta potenza, secondo il presente trovato, è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo.
Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti .
In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni e le forme contingenti, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica .
Claims (12)
- R I V E N D I C A Z I O N I 1. Dissipatore di calore a ventilazione forzata, particolarmente per dispositivi elettronici di alta potenza, comprendente un piano di dissipazione (2) collegabile termicamente ad un dispositivo elettronico (9) da raffreddare e solidale ad una pluralità di alette di raffreddamento (.3) sviluppantisi sostanzialmente perpendicolarmente da detto piano di dissipazione (2) e definenti una pluralità di canali di passaggio (6) di aria forzata per la canalizzazione di detta aria forzata ed il raffreddamento di dette alette di raffreddamento (3), caratterizzato dal fatto che detti canali di passaggio (6) sono disposti a reticolo e si sviluppano sostanzialmente parallelamente a detto piano di dissipazione (2).
- 2. Dissipatore di calore secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detti canali di passaggio (6) hanno una disposizione quinconciale .
- 3. Dissipatore di calore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ciascuna di dette alette di raffreddamento (3) comprende un foglio di lamiera piegato su se stesso per deformazione plastica lungo il proprio asse di simmetria e definente due porzioni laterali (4, 5) reciprocamente affacciate e simmetricamente ondulate per la definizione di detti canali di passaggio (6).
- 4. Dissipatore di calore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti 1 e 2, caratterizzato dal fatto che ciascuna di dette alette di raffreddamento (3) è realizzata per estrusione e presenta un ondulamento triangolare per la definizione di detti canali di passaggio (6) a sezione romboidale.
- 5. Dissipatore di calore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti 1 e 2, caratterizzato dal fatto che dette alette di raffreddamento (3) sono realizzate per estrusione e definiscono due porzioni laterali (4, 5) reciprocamente affacciate e simmetricamente ondulate per la definizione di detti canali di passaggio (6).
- 6. Dissipatore di calore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti 3 o 5, caratterizzato dal fatto che dette porzioni laterali (4, 5) presentano un ondulamento triangolare per la definizione di detti canali di passaggio (6) a sezione romboidale.
- 7. Dissipatore di calore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti 4 o 6, caratterizzato dal fatto che detti canali di passaggio (6) hanno una sezione quadrata con la diagonale compresa tra 5,6 mm e 11,3 min e preferibilmente pari a 8,6 mm.
- 8. Dissipatore di calore secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto piano di dissipazione (2) comprende una pluralità di scanalature (7) parallele tra loro e definite sulla superficie (8) affacciata a dette alette di raffreddamento (3) per il fissaggio delle stesse a detto piano di dissipazione (2).
- 9 . Dissipatore di calore secondo una o piu delle rivendicazioni precedenti 7 e 8, caratterizzato dal fatto che dette alette di raffreddamento (3) sono fissate a detto piano di dissipazione (2) per mezzo di inserimento a pressione di dette alette di raffreddamento (3) in dette scanalature (7).
- 10. Dissipatore di calore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti da 7 a 9, caratterizzato dal fatto che dette alette di raffreddamento (3) sono saldate a detto piano di dissipazione (2).
- 11. Dissipatore di calore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti da 7 a 10, caratterizzato dal fatto che dette alette di raffreddamento (3) sono realizzate con un materiale ad alta conducibilità termica compreso tra alluminio, rame, grafite e fibre di grafite.
- 12. Dissipatore di calore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti da 7 a 11, caratterizzato dal fatto che detto piano di dissipazione (2) è realizzato con un materiale ad alta conducibilità termica compreso tra alluminio, rame, grafite e fibre di grafite.
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2010
- 2010-02-03 EP EP10152537A patent/EP2224199A1/en not_active Withdrawn
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2224199A1 (en) | 2010-09-01 |
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