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

Yıl 2023, Cilt: 38 Sayı: 2, 733 - 742, 07.10.2022

Alpaslan Bozkurt Karaman Bahadır Başyiğit , Habib Doğan Abdullah Genç , Atalay Kocakuşak , Bektaş Çolak , Selçuk Helhel

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.650877

Öz

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

Destekleyen Kurum

Akdeniz Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi (BAP)

Proje Numarası

FBA-2018-3769

Teşekkür

Bu çalışma Akdeniz Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi (BAP) tarafından desteklenmektedir [Proje Numarası: FBA-2018-3769]. Ayrıca, bu çalışmada yapılan ölçümler Devlet Planlama Teşkilatının desteğiyle kurulan Akdeniz Üniversitesi Endüstriyel ve Medikal Uygulamalar Mikrodalga Uygulama ve Araştırma Merkezi'nde (EMUMAM) yapılmıştır [2007K120530-DPT].

Kaynakça

• 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.