散熱器設計的基本計算

1、散熱器設計的基本計算、概念1、熱路：由熱源出發(fā)，向外傳播熱量的路徑。在每個路徑上，必定經過一些不同的介 質，熱路中任何兩點之間的溫度差，都等于器件的功率乘以這兩點之間的熱阻，就 像電路中的歐姆定律，與電路等效關系如下。熱路電路熱耗P （ W）電流 Vabl(A)溫差 T=T1 T2 (C)電壓 Vab=Va Vb ( V)熱阻 Rth=T/P (C / W)電阻 R=Mb/l( Q)熱阻串聯 Rth=Rth1 + Rth2+電阻串聯R=R+ R2+熱阻并聯 1/Rth=1/Rthi+ 1/Rth2+電阻并聯1/R=1/R1+ 1/R2+2、熱阻：在熱路中，各種介質及接觸狀態(tài)，對熱量的傳遞表現出

2、的不同阻礙作用一一 在熱路中產生溫度差，形成對熱路中兩點間指標性的評價。符號Rth單位C /Wo? 穩(wěn)態(tài)熱傳遞的熱阻計算：Rth= （Ti T2）/PTi熱源溫度（無其他熱源）C ）T2導熱系統端點溫度（C ）? 熱路中材料熱阻的計算：Rth=L/（K S）L材料厚度（m）s傳熱接觸面積（m）3、 導熱率：是指當溫度垂直向下梯度為1C/m時，單位時間內通過單位水平截面積所傳遞的熱量。符號 K or入單位 W/m-K，常用材料導熱率（20 C取上限值）W / m-K銀:1!1429橡膠Rubber0.26純銅401灌封硅膠TCS-2600.577紫銅T1 T4 :397氧化鋁陶瓷片佳日豐泰30黃

3、銅30% Zn|109絕緣布矽膠片佳日豐泰1.6純鋁237導熱石墨片佳日豐泰16垂直鋁合金.10702261900平面鋁合金1050209硅膠墊鋁合金鋁合金6063201矽膠套帽佳日豐泰i佳日豐泰5.01.0鋁合金不銹鋼606170751601308017相變基膜佳日豐泰1.4矽硅膜導熱膏空氣鑫鑫順源KDS-2II aaa ub 0.90.840.04、熱設計的目標1、確保任何兀器件不超過其最大工作結溫（Tjmax）? 推薦：器件選型時應達到如下標準民用等級 : TmaxW 150 °C工業(yè)等級： TmaxW 135C軍品等級 : TmaxW 125C航天等級： TmaxW 105C

4、? 以電路設計提供的，來自于器件手冊的參數為設計目標2、溫升限值器件、內部環(huán)境、外殼： TW 60 C器件每升高2 C,可靠性下降10%;器件溫升為50C時，壽命只有溫升25C的1/6 , 電解電容溫升超過10C，壽命下降1/2。二、計算1）結溫計算?熱路分析熱傳遞通道：管芯j f功率外殼cf散熱器sf環(huán)境空氣a注：因Rth:a較大，忽略不影響計算，故可省略Rthja Rthjc + Rthcs + Rthsa （T 結溫T環(huán)溫 ）/p? 條件Rthjc器件手冊查詢Rthcs材料熱阻： Rh絕緣墊 =L 絕緣墊厚度 /（ K 絕緣墊 S絕緣墊接角蟲c的面積）Rthsa散熱器熱阻曲線圖查詢T結溫

5、一一器件手冊查詢（待計算數值）T環(huán)溫一一任務指標中的工作環(huán)境要求P 電路設計計算? 計算T結溫=（Rthjc + Rthcs+ Rthsa） P+ T環(huán)溫v手冊推薦結溫? 注：注意單位統一；判定結溫溫升限值是否符合。2）散熱器熱阻計算（參見上圖）散熱器的熱阻一般可在由廠家提供的熱阻曲線上標出，也可通過測試得出。? 測試在被測散熱器上安裝一發(fā)熱器（or組）件,固定一個風速（M/S）,測量進、出風 溫度，通過計算，得出該條件下的 Rthsa。設定一組風速，得出的不同 Rthsa值, 繪制出該散熱器的熱阻曲線，不同長度的散熱器，可得到不同的曲線。? 條件T進風進口溫度T出風相同風速下的出口溫度P電路

6、設計計算的，發(fā)熱器（or組）件的功耗? 計算Rthsa=（ T 出風T進風 ）/ P? 注：亦可根據已有條件，如管芯的 T和功耗，計算出所需散熱器的熱阻上限, 在熱阻曲線圖上選用足夠尺寸的散熱器。2、共用同一散熱器（見右圖）? 分析對于散熱器而言，總的傳熱功耗為:P 總=Pl + P2那么散熱器的溫升為： T 散熱器=Rthsa ( Pl + P2)每只管子的傳熱路徑中，熱阻引起的溫升為： Ti =( Rthci + Rthcsi) Pi T2 =( Rthjc2 + Rthcs2) P2熱路中，所有溫升之和加上環(huán)境溫度就是最大結溫，即：Tjmaxi = Ti + T 散熱器 + T 環(huán)境Tj

7、 max2 = Tj2 + T 散熱器 + T 環(huán)境? 條件Pji 電路設計計算Pj2 電路設計計算Rthjci器件手冊查詢Rthjc2器件手冊查詢Rthcsi材料熱阻： Rth 絕緣墊 =L 絕緣墊厚度 ( K 絕緣墊 S絕緣墊接角蟲c的面積)Rthcs2材料熱阻： Rth 絕緣墊 =L 絕緣墊厚度 ( K 絕緣墊 S絕緣墊接角蟲c的面積)Rthsa散熱器熱阻曲線圖查詢T 環(huán)境 任務指標中的工作環(huán)境要求? 計算J1 的最大結溫：Tmaxi =( Rthj ci + Rthcsi) P 1 + Rthsa ( Rl + R 2)+ T 環(huán)境J2 的最大結溫：Tj max2=( Rthj c2

8、+ Rthcs2) p2 + Rthsa ( Ri + p2)+ T 環(huán)境? 注： 判定計算出的最大結溫，是否小于手冊推薦結溫； 判定結溫溫升限值是否符合；注意計算時單位要統一。四、經驗1、熱路的分析和計算，由于影響因素較為復雜，可以忽略一些影響小的參數，來簡 化計算，但一定要注意影響趨勢的方向，是有利于傳熱的，可以作為設計余量儲 備，由于影響小，所以不會影響經濟性。2、還是因為影響因素復雜，理論計算是設計指導，結果一定以試驗結論判定，埋點 測溫是最有效的驗證方式。3、電源的熱設計是和電路設計密不可分的，實際情況往往因為空間問題，把散熱設 計到最大化，也就剛剛滿足需求，而熱路的設計只能截止到外殼，外殼(或散熱 器)的溫度怎么辦？這就需要電路設計來降低功耗，甚至