Тепловая индуктивность - Thermal inductance

Тепловая индуктивность относится к явлению, при котором тепловое изменение объекта, окруженного жидкостью, вызывает изменение в конвекционные потоки внутри этой жидкости, таким образом вызывая изменение кинетическая энергия жидкости.^[1] Считается тепловым аналогом электрическая индуктивность в эквивалентность системы моделирование; его единицей является термальный генри.^[1]

До сих пор очень мало исследований сообщали об индуктивном явлении в теплопередаче системы. В 1946 году Босворт продемонстрировал, что тепловой поток может иметь индуктивный характер, путем экспериментов с жидкостной системой.^[2][3] Он утверждал, что измеренное переходное поведение при изменении температуры не может быть объяснено только комбинацией теплового сопротивления и тепловой емкости. Позже Босворт расширил эксперименты, чтобы изучить тепловую взаимную индуктивность; однако он не сообщил о тепловой индуктивности в системе теплопередачи, за исключением потока жидкости.

Недавние исследования

В 2013 году Ye et al. есть публикация «Эффект теплового переходного процесса и улучшенный метод измерения температуры перехода в высоковольтных светоизлучающих диодах».^[4] В их экспериментах высокое напряжение ВЕЛ Чип был непосредственно прикреплен к кремниевой подложке с помощью тонкого термоинтерфейсного материала (TIM). Датчики температуры были изготовлены с использованием стандартных технологий обработки кремния, которые были откалиброваны в диапазоне от 30 ° C до 150 ° C. Толщина чипа и TIM составляла 153 мкм и 59 мкм соответственно. Таким образом, датчики были очень близки к p-n переход. Кремниевая подложка была помещена и вакуумирована на громоздкой тепловой пластине с точным регулятором температуры в корпусе. Экспериментаторы применяли повышающие / понижающие токи и измеряли характеристики между температурой и прямым напряжением через 100 мс. В этой работе «время восстановления» определяется как интервал от начала изменения мощности до момента, когда температура снова стала равной начальному значению температуры. Результаты показывают, что температура перехода светодиода значительно и сразу (более чем на 10 ° C) снижается при приложении тока от 100 мкА до 15 мА. Затем температура перехода постепенно увеличивается. После времени восстановления ~ 100 мс температура перехода достигает исходного значения. В установившемся режиме 15 мА приложенный высокий ток мгновенно снижается в понижающем режиме до 100 мкА. Измеренная температура перехода увеличивается на 4 ° C за 0,1 мс. Датчик температуры одновременно показывает повышение температуры на 2 ° C. В дальнейшем температура перехода постепенно снижается. По истечении времени восстановления ~ 100 мс температура перехода снижается до исходных значений. Затем температура перехода продолжает снижаться, пока система не перейдет в устойчивое состояние при комнатной температуре. Примечательно, что температура перехода изменяется в зависимости от текущего изменения в микросхемах.

В 2016 году было проведено дополнительное расследование этого явления.^[5] Вместо высоковольтной светодиодной микросхемы используется GaN В данном случае также была исследована низковольтная светодиодная микросхема. Этот чип может выдерживать более широкий диапазон приложенных токов и способствовать более точному изменению мощности для наблюдения за термоиндуктивными характеристиками. Чип был установлен на выводной рамке и залит силиконом. Корпус микросхемы был припаян к печатной плате с металлическим сердечником и установлен на термопласте с регулируемой температурой. Переходная температура перехода светодиодного кристалла в зависимости от времени измерялась с приложенным током в качестве различных функций понижения. Они подсчитали, что в этой ситуации температура перехода равна 36,2 ° C при токе 350 мА. Результаты согласуются с предыдущими измерениями термоиндукции в микросхеме высоковольтного светодиода на основе GaN. Как и ожидалось, температура перехода немедленно повышается и постепенно снижается по мере уменьшения тока. И время восстановления медленнее для системы с большим уменьшением уровня шага. Они доказывают, что быстрое изменение мощности светодиодов на основе GaN вызывает пропорциональное изменение температуры, противоположное изменению температуры, ожидаемому от потребляемой мощности. В отчете это явление называется тепловой индуктивностью. Термоиндуктивные свойства могут быть связаны с термоэлектрическим эффектом, особенно переходным термоэлектрическим эффектом. Однако вместо того, чтобы рассматривать указанную структуру термоэлектрических устройств, считается, что тепловая индуктивность возникает в устройствах на основе GaN с p − ​​n-переходом. Ожидается, что их предположение с учетом теплового сопротивления, тепловой емкости и тепловой индуктивности может способствовать термическому анализу высокочастотных устройств на основе GaN. Кроме того, ожидается, что явления тепловой индуктивности существуют более широко в неоднородных материалах и в области термического анализа при изменении энергии за очень короткое время.

Рекомендации

1. Джеррард, Х. Г. (2012). Словарь научных единиц: включая деловые СМИ. п. 142. ISBN  9789400941113.
2. Босуорт, R.C.L. (31 августа 1946 г.). «Тепловая индуктивность». Природа. 158 (4009): 309. Bibcode:1946 Натур.158R.309B. Дои:10.1038 / 158309b0.
3. Босуорт, R.C.L. (31 января 1948 г.). «Тепловая взаимная индуктивность». Природа. 161 (4083): 166–167. Bibcode:1948 г.Натура.161..166Б. Дои:10.1038 / 161166a0.
4. Е, Хуайюй; Чен, Сяньпин; ван Зейл, Хенк; Gielen, Alexander W. J .; Чжан, Гоци (сентябрь 2013 г.). «Эффект теплового переходного процесса и улучшенный метод измерения температуры перехода в высоковольтных светодиодах». Письма об электронных устройствах IEEE. 34 (9): 1172. Bibcode:2013IEDL ... 34.1172Y. Дои:10.1109 / LED.2013.2274473.
5. Е, Хуайюй; Люнг, Стэнли Ю.Й .; Wong, Cell K.Y .; Лин, Кай; Чен, Сяньпин; Вентилятор, Цзяцзе; Кьельструп, Сигне; Фань, Сюэцзюнь; Чжан, Гоци (2016). «Тепловая индуктивность в устройствах на основе GaN». Письма об электронных устройствах IEEE. 37 (11): 1473. Bibcode:2016IEDL ... 37.1473Y. Дои:10.1109 / LED.2016.2612243.