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Auswahl einer Kühlplatte für Flüssigkeitskühlung

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Last updated Jan 14, 2025 | Published on Oct 14, 2020

Berechnung des Wärmewiderstands einer Flüssigkeitskühlplatte

To select the best cold plate for your application, you need to know the cooling fluid flow rate, fluid inlet temperature, heat load of the devices attached to the cold plate, and the maximum desired cold plate surface temperature, Tmax. From these you can determine the maximum allowable thermal resistance of the cold plate.

Berechnen Sie zunächst die Höchsttemperatur der Flüssigkeit beim Verlassen der Kühlplatte (Tout). Dies ist ein sehr wichtiger Wert, da es keine Lösung für das Problem gibt, falls Tout> höher als Tmax ist.

Alternativ können Sie die Diagramme der Wärmekapazität nutzen, die Sie in unserem Wärme-Nachschlagewerk in der technischen Bibliothek finden. Diese Diagramme zeigen die Änderungen der Temperatur (ΔT) entlang des Flüssigkeitspfads. Um Tout zu errechnen, müssen Sie ΔT mit der Eintrittstemperatur (Tin) addieren.

Unter der Annahme, dass Tout unter Tmax liegt, müssen Sie mithilfe folgender Gleichung den für die Kühlplatte erforderlichen normierten Wärmewiderstand (θ) berechnen:

Jede Kühlplatte, deren normierter Wärmewiderstand gleich dem errechneten Wert ist oder unter diesem liegt, ist eine geeignete Lösung.

Beispiel: Auswahl einer Flüssigkeitskühlplatte

Es wird eine Kühlplatte genutzt, um einen 2˝ x 4˝ IGBT zu kühlen, der 500 W Wärme erzeugt. Dieser wird mithilfe von Wasser bei einer Temperatur von 20 °C und einem Durchfluss von 0,5 gpm gekühlt. The surface of the cold plate must not exceed 55°C. We know: Tin: 20°C, Tmax: 55°C, Q: 500 Watts, Area: 8 in2 We need to calculate Tout and θ. First calculate Tout. Using the heat capacity graphs in our technical reference, we can see that the temperature change for 500W at a 0,5 gpm flow rate is 4°C. Therefore Tout = 20°C + 4°C = 24°C. Tout is less than Tmax so we can proceed to the second part of the problem. The required thermal resistance is given by this equation: We then plot this point on the normalized thermal resistance graph. Technologien, deren Wert unter diesem Punkt liegt, erfüllen die thermischen Anforderungen. CP15, CP20 und CP30 bieten den erforderlichen Wärmewiderstand. Da es sich bei dem Kühlmittel um Wasser handelt, sollten Sie allerdings ausschließlich die CP15-Kühlplatte in Erwägung ziehen.
Da Tout unter Tmax liegt, können wir uns dem zweiten Bereich des Problems zuwenden. The required thermal resistance is given by this equation: We then plot this point on the normalized thermal resistance graph. Technologien, deren Wert unter diesem Punkt liegt, erfüllen die thermischen Anforderungen. CP15, CP20 und CP30 bieten den erforderlichen Wärmewiderstand. Da es sich bei dem Kühlmittel um Wasser handelt, sollten Sie allerdings ausschließlich die CP15-Kühlplatte in Erwägung ziehen.

Vergleich der Leistung von Kühlplatten

Wir präsentieren Ihnen die Leistungsdaten von Kühlplatten unter Verwendung des lokalem Wärmewiderstands – die Oberflächentemperatur gegenüber der lokalen Flüssigkeitstemperatur. Diese Methodik ermöglicht eine präzisere Wärmeanalyse hoher Wärmebelastungen. Erfahren Sie alle Einzelheiten zur Berechnung des Wärmewiderstands und darüber, wie Sie eine geeignete Kühlplattentechnologie auswählen.

Normierte Leistungskurven

Der Wärmewiderstand wird üblicherweise in °C pro Watt angegeben. Der Wärmewiderstand beschreibt, um wie viel wärmer die Oberfläche einer Kühlplatte im Vergleich zur durch die Kühlplatte fließenden Flüssigkeit bei einer gegebenen Wärmebelastung ist. Diese Leistungskurven zeigen den normierten Wärmewiderstand unserer Standard-Kühlplatten (d. h. Wärmewiderstand pro Quadratzoll). Diese Kurven ermöglichen einen sehr guten Vergleich der Kühlplattentechnologien, da sie unabhängig von der Geometrie der einzelnen Bestandteile sind. Je geringer der Wärmewiderstand, desto höher die Leistung der Kühlplatte.

Hinweise

Wärmewiderstand ist umgekehrt proportional zur Fläche. Um den Wärmewiderstand einer 25-Quadratzoll-Kühlplatte zu errechnen, muss die normierte Leistung durch 25 geteilt werden.

Unsere Standard-Kühlplatte CP30 wurde zum Zweck der Prototypenerstellung entwickelt. Sie verfügt über eine dicke Oberflächenplatte für die maschinelle Bearbeitung. Es sind zwei Kurven dargestellt: vor der maschinellen Bearbeitung (0,5"/13 mm) und nach der maschinellen Bearbeitung (0,05"/1,3 mm). Die Leistung einer maßgefertigten, vakuumgelöteten Kühlplatte ist üblicherweise wesentlich höher als die dieser Standard-Kühlplatte.

Zu Vergleichszwecken wurde bei der Leistungsmessung aller Kühlplatten Wasser als Kühlmittel genutzt. Bei Kühlplatten aus Aluminium (CP20 und CP30) wird aufbereitetes Wasser empfohlen.

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