艾默生熱設(shè)計(jì)規(guī)范

1、.電子設(shè)備的自然冷卻熱設(shè)計(jì)規(guī)范;.修訂信息表;./.;.;.;.;.80mm/國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)匯編,電子設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)手冊(cè);.模塊內(nèi)部空氣的平均溫升應(yīng)小于25。元器件的熱設(shè)計(jì)指標(biāo)應(yīng)符合TS-S0A0204001器件應(yīng)力降額規(guī)范，具體指功率器件的工作結(jié)溫應(yīng)小于最大結(jié)溫的(0.5-0.8)倍A級(jí)B級(jí)F級(jí)H級(jí)75-8565-8075-8575-8575-85;.;.Q-機(jī)柜內(nèi)總的散熱量，WH-機(jī)柜的高度，cm;.SURFACE;.戶外柜表面所吸收的太陽(yáng)輻射熱按式(2)進(jìn)行計(jì)算。(2)戶外柜表面所吸收的總太陽(yáng)輻射熱，W照射到戶外柜表面的總太陽(yáng)輻射熱，W，包括太陽(yáng)直射、IA戶外柜被太陽(yáng)照射到的表面積，m戶外

2、柜的傳熱模型可以簡(jiǎn)化為如圖2所示的熱阻網(wǎng)絡(luò)。;.依據(jù)熱網(wǎng)絡(luò)圖2給出的傳熱方程式為：TT=R+R+RRT.(3)=+TTTRRRR具體計(jì)算方法按照表3提供的小程序即可快速計(jì)算出冷卻所需的凈熱量Q;.):):C):C):):):(C):(C):T(C):T(C):C6C7.C27.0.0,C29.meansgood;.IGBTFREDTb+4Tm3T.bTTb+4Tm3TmmbmW/m.KTmKTK;.m可按計(jì)算式(5)-(6)中提供的方法計(jì)算輻射換熱，也可按下式進(jìn)行計(jì)算：(TmW/m.KKTKQQQQQ件(根據(jù)供應(yīng)商手冊(cè)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選)。;.據(jù)供應(yīng)商手冊(cè)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選)，以減小器件與散熱

3、器間的接觸熱阻接觸，以使接觸熱阻最低;對(duì)模塊內(nèi)部不能夠吹到風(fēng)的PCB板，在布置元器件時(shí)，元器件與元器件之間，元器件與結(jié)構(gòu)件之間應(yīng)保持一定距離，以利空氣流動(dòng)，增強(qiáng)對(duì)流換熱.對(duì)相鄰的兩垂直發(fā)熱表面，d/L=0.25，如圖對(duì)相鄰的垂直發(fā)熱表面與冷表面間距,d對(duì)鄰近的水平發(fā)熱圓柱體和冷的上表面之間,d/D=0.85,;.在PCB上布置各種元器件時(shí)，應(yīng)將功率大、發(fā)熱量大的元器件放在邊沿應(yīng)將不耐熱的元件(如電解電容)放在靠近進(jìn)風(fēng)口的位置，而將本身發(fā)熱而又耐熱的元件(如電阻,變壓器等)放在靠近出風(fēng)口的位置。;.扭緊所有螺栓以加大接觸壓力(注意不應(yīng)殘留過(guò)大應(yīng)力)。/的材料必須涂硅脂，要求硅脂必須涂敷均勻，硅脂

4、層厚度小于0.15mm。;.PCB板熱設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是有效地把印制板上的熱引導(dǎo)到外部(散熱器和大響到銅箔厚度應(yīng)該多寬、能承受多大電流。一般對(duì)1盎司的環(huán)氧玻璃板，如果允許溫升小于10(考慮到系統(tǒng)內(nèi)部的環(huán)境溫度可能超過(guò)70)，則一般可按1A電氧玻璃板，其銅箔寬度可取5mm。實(shí)際可按照容許溫升的大小按照?qǐng)D4進(jìn)行選擇。1盎司環(huán)氧玻璃板電流與銅箔寬度的關(guān)系圖,屬基底印制板和陶瓷基底(高鋁陶瓷、氧化磚陶瓷、凍石陶瓷)印制板。;.RLCCC=;.PCB首先得獲得如下數(shù)據(jù)：元器件的耗散功率Q（額定值），結(jié)點(diǎn)（junction）的安應(yīng)商提供的用戶手冊(cè)中可以查到），PCB板的層數(shù)，流過(guò)元器件的空氣溫度和速度（由系

5、統(tǒng)級(jí)估算獲得）,工作結(jié)溫按下式進(jìn)行計(jì)算：對(duì)于帶銅板封裝的大功率元器件(典型如PT-元器件結(jié)到散熱器表面的熱阻，/W面)、管腳共th(j-a);.大于12mm，如果散熱器齒高低于10mm，可按齒間距1.2倍齒高來(lái)確定散熱器的3mmAm;./5.6.3.1如果物體表面的溫度低于50，可忽略顏色對(duì)輻射換熱的影響。因?yàn)榇巳绻矬w表面的溫度低于50，可不考慮輻射換熱的影響。部分繃緊繩子求得的就是這一投影面積，如圖9所示。輻射傳熱要求輻射表面必()()()/.分別為高空及海平面的自然對(duì)流換熱系數(shù)，W/m.k分別為高空及海平面的空氣密度，Kg/m;.hhLm長(zhǎng)度寬度h長(zhǎng)度寬度eqoac(,對(duì)流)-自然對(duì)流換

6、熱系數(shù)，w/meqoac(,c)-散熱器齒片效率(%).hc/.;.2903和GB4993的規(guī)定。熱電偶的測(cè)試精度為0.1。通常采用熔焊的方法把銅-康銅或鎳鉻-銬銅焊接在一起，本恒河公司的DR230系列等。測(cè)試精度為0.1。電偶等。玻璃溫度計(jì)的精度可以達(dá)到0.01。;.示溫漆與示溫蠟的精度較差，一般在5(9)多，其缺點(diǎn)是容易老化，需進(jìn)行定期校準(zhǔn)，其測(cè)試精度為0.1。測(cè)試精度最高可以達(dá)到0.3。由于測(cè)量時(shí)必須準(zhǔn)確知道被測(cè)表面的發(fā)射率且.I-流過(guò)電流值(A);R-電阻值()U-電阻兩端的電壓(V).=2I.(14a).(14c);.雙極型晶體管(IGBT)(飽和損耗或穩(wěn)定損耗)及開(kāi)關(guān)損耗兩部通態(tài)損

7、耗(飽和損耗或穩(wěn)定損耗)：.-通態(tài)集電極一發(fā)射極電壓(V)，給定值-斷態(tài)集電極一發(fā)射極電壓(V)，給定值Ic-通態(tài)電流(A)，給定值-開(kāi)關(guān)能量(焦耳)，從器件數(shù)據(jù)手冊(cè)中查出。fs-開(kāi)關(guān)頻率，給定值.-漏極電流，A,給定值Ro-25時(shí)額定值，給定值-溫度系數(shù)，一般為：0.01.開(kāi)通過(guò)程損耗：P.關(guān)斷過(guò)程損耗：P.集電極與發(fā)射級(jí)間的穿透電流，A-集電極電流，A集電極與發(fā)射極間的電壓，V-飽和壓降，V-開(kāi)通及關(guān)斷時(shí)間，ns-驅(qū)動(dòng)波形上升或下降時(shí)間，ns.;.式中：VD占空比.f-工作頻率，KHZ.朹反向漏電流，A.RSA+R.R=1/.,RRRRRFR.FFd-;./.K).RSAFF.;.;.電子

8、設(shè)備的強(qiáng)迫風(fēng)冷熱設(shè)計(jì)規(guī)范;.修訂信息表;./.SWIRL.;.;.;.;.80mm/;.國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)匯編,電子設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)手冊(cè)在規(guī)定的使用期限內(nèi)，冷卻系統(tǒng)(如風(fēng)扇等)的故障率應(yīng)比元件的故障模塊內(nèi)部空氣的平均溫升應(yīng)小于20。;.元器件的熱設(shè)計(jì)指標(biāo)應(yīng)符合TS-S0A0204001器件應(yīng)力降額規(guī)范，具體指功率器件的工作結(jié)溫應(yīng)小于最大結(jié)溫的(0.5-0.8)倍A級(jí)B級(jí)F級(jí)H級(jí)75-8565-8075-8575-8575-85;.,如果不能消除SWIRL的影響，即無(wú)法保證流出風(fēng)扇框的流場(chǎng)是近似均勻的流;.;.LUCENT;.;.;.40mm50mm40mm;.S(1.5-2.0)(NS(1)m,m.I

9、GBTFRED;.KS-風(fēng)扇側(cè)機(jī)箱的通風(fēng)面積，mk-冗余系數(shù)，取1.1-1.2風(fēng)扇框的內(nèi)直徑，m風(fēng)扇中心HUB的直徑，m件(根據(jù)供應(yīng)商手冊(cè)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選)。據(jù)供應(yīng)商手冊(cè)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選)，以減小器件與散熱器間的接觸熱阻;.edgeedgeSWIRL10mm阻增加，壓力過(guò)大會(huì)損壞器件,。扭緊所有螺栓以加大接觸壓力(注意不應(yīng)殘留過(guò)大應(yīng)力)。;./的材料必須涂硅脂，要求硅脂必須涂敷均勻，硅脂層厚度小于0.15mm。PCB板熱設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是有效地把印制板上的熱引導(dǎo)到外部(散熱器和大;.響到銅箔厚度應(yīng)該多寬、能承受多大電流。一般對(duì)1盎司的環(huán)氧玻璃板，如果允許溫升小于10(考慮到系統(tǒng)內(nèi)部的環(huán)境溫度

10、可能超過(guò)70)，則一般可按1A電氧玻璃板，其銅箔寬度可取5mm。實(shí)際可按照容許溫升的大小按照?qǐng)D4進(jìn)行選擇。1盎司環(huán)氧玻璃板電流與銅箔寬度的關(guān)系圖,屬基底印制板和陶瓷基底(高鋁陶瓷、氧化磚陶瓷、凍石陶瓷)印制板。;.RLCCC=;.PCB首先得獲得如下數(shù)據(jù)：元器件的耗散功率Q（額定值），結(jié)點(diǎn)（junction）的安應(yīng)商提供的用戶手冊(cè)中可以查到），PCB板的層數(shù)，流過(guò)元器件的空氣溫度和速度（由系統(tǒng)級(jí)估算獲得）,工作結(jié)溫按下式進(jìn)行計(jì)算：對(duì)于帶銅板封裝的大功率元器件(典型如PT-元器件結(jié)到散熱器表面的熱阻，/W傳遞熱量。PCBT+TRR如果沒(méi)有提供Rja，就需要運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算芯片表面換熱系數(shù)，并根據(jù)

11、器;.=.hbhbm式中b和m為實(shí)驗(yàn)系數(shù)，D為特征尺寸，由表-2查出；不同情況下的常數(shù)b和md1/2。;.注：A為Reiher的研究結(jié)果，B為Hilpert的研究結(jié)果中耗散功率0.25W，結(jié)點(diǎn)到殼體的熱阻為33/W，晶體管在90結(jié)溫下能正常工作。晶體管安裝在電路板上，如圖所示，當(dāng)掠過(guò)晶體管的空氣速度為1.3m/s時(shí)，kg/m,m雷諾數(shù)在404000之間，從表1中查得bm，代入方程2得hhW/mmj;.2mm;.Am/;./()()()()()()pp層流(eqoac(,對(duì)流)-自然對(duì)流換熱系數(shù)，w/meqoac(,c)t-散熱器臺(tái)面允許溫升，-散熱器齒片效率(%).hc/.;.2mm75mm5

12、0mm;.SWIRL由于風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)慣量SWIRL的影響，加之實(shí)際產(chǎn)品不可能有足夠的空間允許流過(guò)熱而損壞。為了消除SWIRL的影響，可選擇以下措施：2mm，強(qiáng)迫流場(chǎng)在經(jīng)過(guò)整流柵后變得非常均勻，如圖15所示。MTBF;.MTBF30mm;.=/=+eqoac(,P)Seaeqoac(,P)Seaq=Q/(0.335T);.q-實(shí)際所需的風(fēng)量，mQ-散熱量，WT-空氣的溫升，一般為1015。按經(jīng)驗(yàn)公式：按照1.5-2倍的裕量選擇風(fēng)扇的最大風(fēng)量：LL.(14)三種，它們的典型特性曲線見(jiàn)圖19;.圖中橫坐標(biāo)表示風(fēng)量，單位有m/min、CFM（立方英尺/分鐘，/s）?？v坐標(biāo)表示風(fēng)扇產(chǎn)生的靜壓，單位有Pa、i

13、nch低風(fēng)壓、大流量的位置（曲線的后1/3段）。如果系統(tǒng)的阻力比較大，也可以利扇HUB直徑較大，正對(duì)HUB的部分風(fēng)速很低，回流比較嚴(yán)重。的風(fēng)扇產(chǎn)品主要有NMB、PAPST、DELTA、SONON，其中PAPST的風(fēng)扇雖然性能好，但在商務(wù)采購(gòu)上評(píng)級(jí)為D，不推薦采用。NMB用得較多，DELTA樣品供貨較快。p空氣經(jīng)過(guò)90轉(zhuǎn)彎流通面積率為0.3的通孔板(0.01板厚/孔徑0.2);.流通面積率為0.5的通孔板(0.01板厚/孔徑0.2)流通面積率為0.7的通孔板(0.01板厚/孔徑0.2)與系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖20所示/;.40mm20mm決定安裝防塵網(wǎng)的產(chǎn)品，必須考慮1015的熱設(shè)計(jì)冗余。也不容易附

14、著在模塊內(nèi)部的PCB表面及功率管表面上，在壓差的作用下，進(jìn)入模;.須滿足的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范（NEBS、ETSI、CE、UL60950）氣流速度所須的空氣流量/防塵網(wǎng)的表面積根據(jù)防塵網(wǎng)供應(yīng)商提供的初阻力與來(lái)流速度的關(guān)系曲線(數(shù)據(jù)表)來(lái)2903和GB4993的規(guī)定。熱電偶的測(cè)試精度為0.1。通常采用熔焊的方法把銅-康銅或鎳鉻-銬銅焊接在一起，;.本恒河公司的DR230系列等。測(cè)試精度為0.1。電偶等。玻璃溫度計(jì)的精度可以達(dá)到0.01。示溫漆與示溫蠟的精度較差，一般在5(9)多，其缺點(diǎn)是容易老化，需進(jìn)行定期校準(zhǔn)，其測(cè)試精度為0.1。測(cè)試精度最高可以達(dá)到0.3。由于測(cè)量時(shí)必須準(zhǔn)確知道被測(cè)表面的發(fā)射率且;.通

15、常使用的風(fēng)速計(jì)有兩種：(1)翼型風(fēng)速計(jì)(2)熱電式風(fēng)速計(jì)度成正比。其測(cè)試精度為0.1m/s，典型的型號(hào)如臺(tái)灣生產(chǎn)的AM402。速度的函數(shù)。其測(cè)試精度達(dá)到0.01m/s.熱球式風(fēng)速儀，QDF3電子微風(fēng)儀，型號(hào)EY3-2A。對(duì)風(fēng)速計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。一般要求3個(gè)月就必須校準(zhǔn)一次。使用風(fēng)速計(jì)測(cè)量時(shí)，必須進(jìn)行3以上的重復(fù)測(cè)量，以平均值作為計(jì)量結(jié)果。一般只需測(cè)試出其中的兩種，第三種可通過(guò)下面的公式(14)計(jì)算出來(lái).總壓可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的皮托管就可測(cè)得，其測(cè)試壓力如圖25所示;.柱部分有幾個(gè)徑向小孔的園管。如圖26c.所示。通大氣口氣流流向氣流流向a.b.開(kāi)口壓力測(cè)試法c.把皮托管和壓力計(jì)開(kāi)口測(cè)量法相結(jié)合的方法，如

16、圖27a所示HHva.測(cè)動(dòng)壓的有壓力計(jì)開(kāi)口的皮托管b.測(cè)動(dòng)壓用的皮托靜壓管使用靜壓皮托管，如圖27b所示以上三種測(cè)量方法，如果安裝、校準(zhǔn)和操作適當(dāng)，其準(zhǔn)確度均在2以內(nèi)。;.I-流過(guò)電流值(A);R-電阻值()U-電阻兩端的電壓(V).=2I.(17a).雙極型晶體管(IGBT)(飽和損耗或穩(wěn)定損耗)及開(kāi)關(guān)損耗兩部通態(tài)損耗(飽和損耗或穩(wěn)定損耗)：.-通態(tài)集電極一發(fā)射極電壓(V)，給定值-斷態(tài)集電極一發(fā)射極電壓(V)，給定值Ic-通態(tài)電流(A)，給定值;.-開(kāi)關(guān)能量(焦耳)，從器件數(shù)據(jù)手冊(cè)中查出。fs-開(kāi)關(guān)頻率，給定值.-漏極電流，A,給定值Ro-25時(shí)額定值，給定值-溫度系數(shù)，一般為：0.01.

17、開(kāi)通過(guò)程損耗：P.關(guān)斷過(guò)程損耗：P.(1集電極與發(fā)射級(jí)間的穿透電流，A-集電極電流，A集電極與發(fā)射極間的電壓，V-飽和壓降，V-開(kāi)通及關(guān)斷時(shí)間，ns-驅(qū)動(dòng)波形上升或下降時(shí)間，ns.式中：VD占空比.f-工作頻率，KHZ.朹反向漏電流，A.(20);.=1/（F1）.1.42(t/L)1.31(t)-輻射換熱熱阻/(F)+（(1/)-1）R.-導(dǎo)熱系數(shù)，w/m.h.散熱器基板厚度(m)-基板的導(dǎo)熱面積(m)=0.785*(d+)發(fā)熱器件的當(dāng)量直徑（m）m=(2/eqoac(eqoac(,f)L/dV.-沿程阻力系數(shù)層流區(qū)：Re=Vd/2300L-流向長(zhǎng)度(m)V-斷面流速(m/s)-局面阻力系數(shù)

18、;.為進(jìn)口及出口面積(m)-運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)（meqoac(,放).其中：h-對(duì)流換熱系數(shù)，W/mA-參與對(duì)流的總面積，meqoac(,m)eqoac(,m).其中：q-空氣的質(zhì)量流量，kg/s-空氣的定壓比熱，J/kg.其中：J-考爾本數(shù)，J=6/R1800,層流)G-質(zhì)量流速，Kg/(s.mPr-普朗特?cái)?shù)。1A.-肋片的面積，mA-冷板的總面積，AA-蓋板的面積，m，換熱面積A，冷板散熱器最高臺(tái)面溫度、風(fēng)扇的流量及壓頭；.;.G/(5)、根據(jù)雷諾數(shù)確定流體的狀態(tài)(層流或紊流)，(6)、根據(jù)流體的狀態(tài)(層流或紊流)計(jì)算考爾本數(shù)J1800,層流也可以根據(jù)齒形及雷諾數(shù)從GJB/Z圖1218查得m=(2h/)=th(ml)/ml（也可以根據(jù)ml值查相應(yīng)的圖表得到肋片效率)NTUh.(13)、查空氣進(jìn)入冷板時(shí)入口的損失系數(shù)K根據(jù)雷諾