Cooling optimization of integrated planar spiral inductor with heat sink

• Autorzy: Benhadda Yamina , Medjaoui Fatima Zohra , Mokhfi Abderrahim , Hamid Azzedine , Bley V.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.08.27

Warianty tytułu

PL

Optymalizacja chłodzenia zintegrowanego płaskiego spiralnego induktora z radiatorem

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a comprehensive cooling optimization of an integrated planar spiral inductor with heat sink through a numerical simulation approach. The study utilizes COMSOL 6.0 software, employing the finite element method to perform the simulations. The investigation focuses on evaluating the temperature distribution in the integrated inductor under different conditions. Without the heat sink, the maximum temperature observed in the integrated inductor is 66.1°C. However, with the integration of a heat sink featuring diamond fins, the temperature distribution improves significantly, resulting in a maximum temperature of 31.9°C.The simulation also examines the viscosity distribution, revealing the efficient propagation of air towards the heat sink, contributing to the cooling process. However, it is worth noting that there is a substantial pressure build-up in the air gap between the upper part of the heat sink and the ceramic plaque, which can impact the overall cooling effectiveness. Moreover, the study investigates the influence of different fin shapes on temperature distribution. The rectangular fins prove to be particularly effective in removing heat from the integrated inductor, leading to a maximum temperature of 31.7°C. On the other hand, the square fins demonstrate efficient heat dissipation, resulting in a maximum temperature of 33.8°C.

PL

W artykule przedstawiono kompleksową optymalizację chłodzenia zintegrowanej płaskiej cewki spiralnej z radiatorem za pomocą symulacji numerycznej. W badaniach wykorzystano oprogramowanie COMSOL 6.0, w którym do przeprowadzenia symulacji wykorzystano metodę elementów skończonych. Badania skupiają się na ocenie rozkładu temperatury w zintegrowanej cewce indukcyjnej w różnych warunkach. Bez radiatora maksymalna temperatura obserwowana w zintegrowanej cewce wynosi 66,1°C. Jednakże dzięki integracji radiatora z żeberkami diamentowymi rozkład temperatury znacznie się poprawia, osiągając maksymalną temperaturę 31,9°C. Symulacja bada również rozkład lepkości, ujawniając efektywną propagację powietrza w kierunku radiatora, przyczyniając się do procesu chłodzenia. Warto jednak zauważyć, że w szczelinie powietrznej pomiędzy górną częścią radiatora a płytką ceramiczną następuje znaczny wzrost ciśnienia, co może mieć wpływ na ogólną skuteczność chłodzenia. W pracy zbadano także wpływ różnych kształtów żeberek na rozkład temperatury. Prostokątne żebra okazują się szczególnie skuteczne w usuwaniu ciepła ze zintegrowanego induktora, co pozwala uzyskać maksymalną temperaturę 31,7°C. Z drugiej strony kwadratowe lamele skutecznie odprowadzają ciepło, co daje maksymalną temperaturę 33,8°C.

Słowa kluczowe

EN

thermal; cooling; inductor; heat sink

PL

termo-chłodzenie; cewka indukcyjna; radiator

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 8
• Strony: 129--132
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Benhadda Yamina

• USTO-MB University, Oran, Algeria

autor

Medjaoui Fatima Zohra

• USTO-MB University, Oran, Algeria

autor

Mokhfi Abderrahim

• ENP, Oran, Algeria

autor

Hamid Azzedine

• Center Nour Bachir, El Bayadh, Algeria

autor

Bley V.

• Toulouse University III Paul Sabatier, France

Bibliografia

• [1] Derkaoui M., Benhadda Y., Chaabene G., Spiteri P., 32 (2023) Journal of Circuits, Systems, and Computers
• [2] Benhadda, Y., Derkaoui, M., Mendaz, K., Kharbouch, H., & Spiteri, P., Periodica Polytechnica Electrical Engineering and Computer Science, 67 (2023), No. 4, 425–437
• [ 3 ] Faraji H., Faraji M., El Alami M., IEEE, (2018)
• [4] Bakhirathan A., Giridhar R., Gangadhara Kiran Kumar L., IEEE Transactions on components, packaging and manufacturing technology, 11 (2021), No. 8
• [5] Seong-Ho S., Young-Se K., Electronic Components and Technology Conference, (2005).
• [6] Sixel William R., Massoud K., Leary Alex M., AIAA Propulsion and Energy, (2021)
• [7] Frommberger M., Schmutz C., Tewes M., McCord J., Wolfgang H., Reinhard L., Quandt E., IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 53 (2005), No. 6
• [8] Phillips Michael D., Raghu Kumar S., IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 54 (2006), No. 4
• [9] Jun-Yu O., Sen-Huei C., Huang-Ming L., Jong Ching W., IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, 45 (2009), No. 10

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).