방열판 엔지니어링
펠티어 냉각 모듈용 방열판 선정 방법
TEC 고온측 방열판은 냉각 부하와 전기 입력의 합인 Qh를 배출하고 Th를 선택한 작동점 이하로 유지해야 합니다. 먼저 목표 총 열저항을 계산한 뒤 공기 흐름, 접촉 인터페이스 및 인클로저 영향을 확인합니다.
1. 방열판 선정이 중요한 이유
방열이 부족하면 Th와 ΔT가 올라가고 Qc와 COP가 감소합니다. 목표 온도에 도달하지 못하고 제어기가 최대 출력으로 계속 작동할 수 있습니다. 배기가 인클로저를 가열하거나 흡기로 되돌아갈 수도 있습니다.
2. 고온측 총 열 부하 계산
목표 온도에서 실제 부하를 정의하고 선택한 TEC 작동점에서 Pin을 구합니다. Qcmax나 최대 전류로 대체하지 않습니다. 여러 TEC가 하나의 방열판을 쓰면 Qh를 합산합니다.
엔지니어링 관계식
Qh = Qc + Pin3. 허용 고온측 온도 결정
Tamb는 실내 온도가 아니라 방열판 입구의 최고 온도입니다. 내부 발열과 재순환으로 외기보다 높을 수 있습니다. Th,max는 TEC 곡선과 냉각측 여유에서 정합니다. 낮은 Th는 더 큰 방열이 필요하고 높은 Th는 ΔT 여유를 줄입니다.
4. 필요한 총 열저항 추정
총 열저항에는 TIM, 장착/확산판, 베이스, 핀 및 공기측 대류가 포함됩니다. 카탈로그 값은 일부 층을 제외하거나 다른 풍량 조건일 수 있습니다.
엔지니어링 관계식
Rθ,total ≤ (Th,max − Tamb) / Qh단순화된 계산 예
단순화된 예: Qh = 220 W, Tamb = 35°C, Th,max = 55°C이면 Rθ,total ≤ 0.091°C/W입니다. 제조사 곡선과 최종 장비 시험으로 확인해야 합니다.
5. 자연 대류, 강제 공냉, 히트파이프, 액냉
자연 대류는 팬이 없지만 부피와 방향에 민감합니다. 강제 공냉은 소형화할 수 있으나 소음, 먼지, 팬 수명이 있습니다. 히트파이프는 집중 열을 확산하고 액냉은 원격으로 옮기지만 펌프, 압력, 누수 관리가 필요합니다.
| 방식 | 장점 | 주요 제약 |
|---|---|---|
| 자연 대류 | 팬 불필요 | 부피·방향 |
| 강제 공냉 | 소형·제어 가능 | 정압·소음·먼지 |
| 히트파이프 | 열 확산 | 통합·비용 |
| 액냉 | 고밀도·원격 | 펌프·압력·누수 |
6. 핀 형상과 실제 풍량
핀, 흡기, 배기를 공기 경로에 맞추고 재순환과 우회를 방지합니다. 실제 풍량은 팬 곡선과 시스템 저항의 교점이지 자유 풍량이 아닙니다. 그릴, 필터, 굴곡, 먼지, 고도, 고온은 성능을 낮춥니다.
7. 열 인터페이스와 장착
평탄한 면에 얇고 연속적인 TIM을 사용하고 압력을 균일하게 분산합니다. 점 하중, 비스듬한 나사, 세라믹 휨을 피합니다. 모든 TEC에 적용되는 단일 토크나 평탄도 값은 없습니다.
8. 흔한 선정 오류
열 부하 누락과 이상적인 조건 가정이 주요 원인입니다.
- Qcmax만으로 선정하고 Pin을 무시함.
- 팬 자유 풍량을 사용함.
- 인클로저가 입출구를 막음.
- 뜨거운 배기가 재순환함.
- 입구 온도를 낮게 가정함.
- 필터, 먼지, 고도, 노화를 무시함.
- 인터페이스 열저항을 빼먹음.
- 최종 장비에서 시험하지 않음.
9. 방열판 선정 절차
계산으로 후보를 좁히고 측정으로 확정합니다.
- 1열 부하 정의.
- 2목표와 최고 주변 온도 정의.
- 3TEC 작동점 선택.
- 4Pin과 Qh 계산.
- 5허용 Th 설정.
- 6목표 Rθ 계산.
- 7방열판과 팬 선택.
- 8실제 덕트 구성.
- 9정상상태와 고온 시험.
- 10측정 결과로 조정.
10. 결론
카탈로그 성능이 충분해도 압력 손실과 재순환으로 실패할 수 있습니다. Qh, Th, 최악 입구 온도로 선정하고 실장 상태에서 측정합니다. Arkmex는 TEC, 인터페이스, 방열판, 팬, 덕트 또는 액체 회로를 함께 검토할 수 있습니다.
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