Alpaslan Bozkurt KARAMAN, İbrahim Bahadır BAŞYİĞİT, Habib DOĞAN, Abdullah GENÇ, Atalay KOCAKUŞAK, Bektaş ÇOLAK, Selçuk HELHEL

PCB soğutucuların besleme noktasına göre elektromanyetik girişim davranışlarının 1-10 GHz bandında deneysel olarak incelenmesi

PCB devre elemanlarının çalışma frekanslarındaki artış sonucu devrenin minyatürleşmesi, ortamdaki ısı miktarını daha fazla arttırır. Artan ısı miktarının transferi için metal soğutucular yaygın olarak kullanılır. Ancak soğutucular, belli frekanslarda yayılan elektromanyetik (EM) emisyona neden olurlar. Bu emisyon, soğutucu çevresindeki devre elemanlarının çalışma performansını olumsuz etkiler. Bu çalışmada, eşit taban alanına sahip dikdörtgen ve dairesel soğutuculardaki farklı besleme noktalarının, EM davranışları üzerindeki etkisi 1-10 GHz bandında incelenmiştir. Yansıma katsayısı, EM emisyon, normalize ışıma örüntüsü, ve E-alan dağılımları elde edilmiştir. Benzetim ve ölçüm sonuçları birbirleriyle uyumludur. Dikdörtgen soğutucuda 1. ve 2. besleme noktaları için ilk rezonans frekansı 3 GHz olup bu frekanstaki yansıma katsayısı değerleri sırasıyla -10,1 ve -12,3’dür. Dairesel soğutucuda 3. ve 4. besleme noktaları için ilk rezonans frekansı 2,2 GHz olup bu frekanstaki yansıma katsayısı değerleri sırasıyla -14,9 ve -17,3’dür. Ayrıca, dairesel soğutucularda 1,3-3,9 GHz ve 5,8-10 GHz frekans bantlarında 1. besleme noktası için yayılan emisyon, diğer besleme noktalarına göre ~2-8 dBmV/m daha az olduğu için tercih edilmelidir. Dikdörtgen soğutucularda 1-2 GHz ve 6-10 GHz frekans bantlarında 1. ve 2. besleme noktası için yayılan emisyon ~5-6 dBmV/m daha az olduğu için tercih edilmelidir. Sonuç olarak, her iki soğutucu merkezden beslendiğinde daha az emisyon yaydığı için elemanların soğutucu merkezine yerleştirilmesi önerilir.

Anahtar Kelimeler:

PCB soğutucular, elektromanyetik girişim, besleme noktası, yayılan emisyon, normalize ışıma örüntüsü

PDF

___

1. Ozbalci O., Dogan A., Forced convection heat transfer from porous heat sinks placed in partially open cavity: Some case studies, Exp. Heat Transfer, 31 (3), 183-193, 2018.
2. Kaya M., Performance analysis of a heat exchanger having slotted tube fins. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 34 (1), 421-437, 2019.
3. Meng X., Zhu J., Wei X., Yan Y., Natural convection heat transfer of a straight-fin heat sink, Int. J. Heat Mass Transfer, 123, 561-568, 2018.
4. Haghighi S.S., Goshayeshi H., Safaei M.R., Natural convection heat transfer enhancement in new designs of plate-fin based heat sinks, Int. J. Heat Mass Transfer, 125, 640-647, 2018.
5. Mousavi H., Darzi A.A.R., Farhadi M., Omidi, M., A novel heat sink design with interrupted, staggered and capped fins, Int. J. Therm. Sci., 127, 312-320, 2018.
6. Lampio K., Karvinen R., Optimization of convectively cooled heat sinks, Microelectron. Reliab., 79, 473-479, 2017.
7. Dogan A., Bahadir O., Experimental investigation of convection heat transfer from aluminum foam heat sinks, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 29 (1), 71-78, 2014.
8. Khattak Z., Ali H.M., Air cooled heat sink geometries subjected to forced flow: A critical review, Int. J. Heat Mass Transfer, 130, 141-161, 2019.
9. Lampio K., Karvinen R., A new method to optimize natural convection heat sinks, Heat Mass Transfer, 54 (8), 2571-2580, 2018.
10. Payandeh M., Belov I., Jarfors A.E., Wessén M., Effect of material inhomogeneity on thermal performance of a rheocast aluminum heatsink for electronics cooling, J. Mater. Eng. Perform., 25 (6), 2116-2127, 2016.
11. Shen G., Yang S., Sun J., Xu S., Pommerenke D.J., Khilkevich,V.V., Maximum radiated emissions evaluation for the heatsink/IC structure using the measured near electrical field, IEEE Trans. Electromagn. Compat., 59 (5), 1408-1414, 2017.
12. Manivannan S., Arumugam R., Paramasivam S., Salil P., Rao, B.S., HFSS simulation, experimental investigation and optimisation of heat sink EMI, IET Power Electron., 3 (6), 881-891, 2010.
13. He X., Hubing T.H., A closed-form expression for estimating the maximum radiated emissions from a heatsink on a printed circuit board, IEEE Trans. Electromagn. Compat., 54 (1), 205-211, 2011.
14. Ahn C.H., Oh J., Resistive grounding technique of heat sink for reducing radiation noise, J. Electr. Eng. Technol., 9 (5),1724-1728, 2014.
15. Liu Q., Jiao X., Li J., Khilkevich V., Drewniak J., Dixon P., Arien Y., Modeling absorbing materials for EMI mitigation, IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC), Dresden, Germany, 1548-1552, 16-22 August 2015.
16. Chiappe J., Additional techniques to reduce heatsink emissions utilizing RF absorbers, IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility, Pittsburgh, PA, USA, 56-63, 6-10 August 2012.