一、热源

笔记本电脑的主要功率器件是CPU(英文全称Central Processing Unit,即中央处理器)和GPU(英文全称Graphics Processing Unit,即显卡),散热系统设计的主要目的是把CPU和GPU产生的热量导出笔记本电脑外部。受限于笔记本电脑紧凑的空间,需要通过导热板、热管等传热器件把热量通过热传递方式扩散到外部环境。

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二、散热方式

a. 自然冷却

笔记本电脑里的导热板、肋片和金属/非金属外壳通过热传递的方式把热量从高温区域导出到低温区域就是常用的自然冷却方式散热。自然冷却的极限是器件表面热流密度小于0.039W/cmz,大多数小型电子元器件己经足够,高功率器件的表面热流密度可以达到0.078W/cmZ[iol,自然冷却无法保证其工作的可靠性。

b. 强迫冷却

强迫冷却包括强迫风冷和强迫液体冷却。

笔记本电脑中通过风扇实现,风扇叶片的高速旋转在离心风扇腔体内形成风压,引起空气流动达到传输热量的目的。强迫液体冷却是由水泵、管道、冷却块和水组成循环流动的封闭水路,通过水循环带走热量。

具体形式为:在CUP和GPU上涂上散热硅脂,然后覆盖导热板,叠加热管,热管的另一端是散热风扇。散热器件覆盖的面积越大,散热效果越好。

键盘对流散热也是一种普遍采用的散热方式。键盘底部覆盖一层多孔铝板,主板产生的热量通过金属传递到键盘周围。当敲击键盘时,热空气通过键盘孔隙将热量排出,形成笔记本电脑内部和外部环境的空气对流,从而达到散热的目的。

此外,笔记本电脑的金属外壳(一般是铝镁合金)也是一种重要的散热方式。由于金属自身优良的热传导性能,笔记本电脑内部的热量经由金属外壳传导到周围空气中,可以有效降低笔记本电脑内部温度,降低内部散热系统的工作压力,起到节省能源和降低风扇工作噪音的双重效果。

c. 热管传热

​ 热管传热主要利用热管的高导热性,将热量从热管的蒸发端传递到冷凝端,实现热量的转移。工作时常伴随着热管壁上的热传导和内部工质的相变传热,因此传热效率要比普通金属高很多。通过热管轴向上分布的蒸发端、绝热段、冷凝端的配合,热量由工质相变携带从蒸发端传递到冷凝端,经过热管内部的毛细结构回流到冷凝端,形成热传递的回路,循环往复工作。

d. 热电制冷

​ 热电致冷是一种能产生负热阻的制冷技术。热电制冷技术是帕尔贴效应的在散热中的应用,当P-N型半导体材料构成电偶,接通直流电后在P-N结点发生的吸放热现象。优点是不需要外界动力、且可靠性高;缺点是重量大、效率低。

三、逻辑原理

风扇的转速根据CPU和GPU的温度来设定,当芯片温度升高到系统设置的某一温度时,风扇的转速就会提高。当风扇转速己经达到工作的最高频率,芯片温度还没有降下来时,芯片会自动降频,以避免损毁。

热管由管壳、吸液芯和工质组成,热管的一端为蒸发端,另一端为冷凝端。热管的一端受热时,工质蒸发汽化带走热量,在毛细压力差的作用下流向冷凝端,蒸汽在冷凝端遇冷液化释放热量,工质液体回流到蒸发端,直到蒸发端的温度不足以使工质汽化。