散熱器的計算

散熱器的計算以7805為例說明問題.設I=350mA,Vin=12V則耗散功率Pd=(12V-5V)*0.35A=2.45W按照TO-220封裝的熱阻0JA=54°C/W,溫升是132°C，設室溫25°C,那么將會達到7805的熱保護點150C,7805會斷開輸出.正確的設計方法是：首先確定最高的環(huán)境溫度，比如60C,查出7805的最高結溫TJMAX=125C,那么允許的溫升是65C.要求的熱阻是65C/2.45W=26C/W.再查7805的熱阻,TO-220封裝的熱阻0JA=54C/W,均高于要求值，都不能使用，所以都必須加散熱片,資料里講到加散熱片的時候，應該加上4C/W的殼到散熱片的熱阻.計算散熱片應該具有的熱阻也很簡單，與電阻的并聯(lián)一樣,即54//x=26,x=50C/W.其實這個值非常大，只要是個散熱片即可滿足.散熱器的計算：總熱阻RQj-a=(Tjmax-Ta)/PdTjmax:芯組最大結溫150CTa:環(huán)境溫度85CPd:芯組最大功耗Pd=輸入功率-輸出功率={24x0.75+(-24)x(-0.25)}-9.8x0.25x2=5.5C/W總熱阻由兩部分構成，其一是管芯到環(huán)境的熱阻RQj-a，其中包括結殼熱阻RQj-C和管殼到環(huán)境的熱阻RQC-a.其二是散熱器熱阻RQd-a，兩者并聯(lián)構成總熱阻?管芯到環(huán)境的熱阻經(jīng)查手冊知RQj-C=1.0RQC-a=36那么散熱器熱阻RQd-a應＜6.4.散熱器熱阻RQd-a=[(10/kd)1/2+650/A]C其中k:導熱率鋁為2.08d:散熱器厚度cmA:散熱器面積cm2C:修正因子取1按現(xiàn)有散熱器考慮,d=1.0A=17.6x7+17.6x1x13算得散熱器熱阻RQd-a=4.1C/W,散熱器選擇及散熱計算目前的電子產(chǎn)品主要采用貼片式封裝器件，但大功率器件及一些功率模塊仍然有不少用穿孔式封裝，這主要是可方便地安裝在散熱器上，便于散熱。進行大功率器件及功率模塊的散熱計算，其目的是在確定的散熱條件下選擇合適的散熱器，以保證器件或模塊安全、可靠地工作。散熱計算任何器件在工作時都有一定的損耗，大部分的損耗變成熱量。小功率器件損耗小，無需散熱裝置。而大功率器件損耗大，若不采取散熱措施，則管芯的溫度可達到或超過允許的結溫，器件將受到損壞。因此必須加散熱裝置，最常用的就是將功率器件安裝在散熱器上，利用散熱器將熱量散到周圍空間，必要時再加上散熱風扇，以一定的風速加強冷卻散熱。在某些大型設備的功率器件上還采用流動冷水冷卻板，它有更好的散熱效果。散熱計算就是在一定的工作條件下，通過計算來確定合適的散熱措施及散熱器。功率器件安裝在散熱器上。它的主要熱流方向是由管芯傳到器件的底部，經(jīng)散熱器將熱量散到周圍空間。若沒有風扇以一定風速冷卻，這稱為自然冷卻或自然對流散熱。熱量在傳遞過程有一定熱阻。由器件管芯傳到器件底部的熱阻為RJC，器件底部與散熱器之間的熱阻為RCS，散熱器將熱量散到周圍空間的熱阻為RSA，總的熱阻RJA="R"JC+RCS+RSA。若器件的最大功率損耗為PD，并已知器件允許的結溫為TJ、環(huán)境溫度為TA，可以按下式求出允許的總熱阻RJA。RJA<(TJ-TA)/PD則計算最大允許的散熱器到環(huán)境溫度的熱阻RSA為RSA<({T_{J}-T_{A}}over{P_{D}})-(RJC+RCS)出于為設計留有余地的考慮，一般設TJ為125°C。環(huán)境溫度也要考慮較壞的情況，一般設TA=40°C60°C。RJC的大小與管芯的尺寸封裝結構有關，一般可以從器件的數(shù)據(jù)資料中找到。RCS的大小與安裝技術及器件的封裝有關。如果器件采用導熱油脂或導熱墊后，再與散熱器安裝，其RCS典型值為0.10.2C/W;若器件底面不絕緣，需要另外加云母片絕緣，則其RCS可達1°C/W0PD為實際的最大損耗功率，可根據(jù)不同器件的工作條件計算而得。這樣，RSA可以計算出來，根據(jù)計算的RSA值可選合適的散熱器了。散熱器簡介小型散熱器（或稱散熱片）由鋁合金板料經(jīng)沖壓工藝及表面處理制成，而大型散熱器由鋁合金擠壓形成型材，再經(jīng)機械加工及表面處理制成。它們有各種形狀及尺寸供不同器件安裝及不同功耗的器件選用。散熱器一般是標準件，也可提供型材，由用戶根據(jù)要求切割成一定長度而制成非標準的散熱器。散熱器的表面處理有電泳涂漆或黑色氧極化處理，其目的是提高散熱效率及絕緣性能。在自然冷卻下可提高1015%，在通風冷卻下可提高3%，電泳涂漆可耐壓500800V。散熱器廠家對不同型號的散熱器給出熱阻值或給出有關曲線，并且給出在不同散熱條件下的不同熱阻值。計算實例一功率運算放大器PA02（APEX公司產(chǎn)品）作低頻功放，其電路如圖1所示。器件為8引腳TO-3金屬外殼封裝。器件工作條件如下:工作電壓VS為18V;負載阻抗RL為4,工作頻率直流條件下可到5kHz，環(huán)境溫度設為40C，采用自然冷卻。查PA02器件資料可知:靜態(tài)電流IQ典型值為27mA，最大值為40mA;器件的RJC（從管芯到外殼）典型值為2.4C/W，最大值為2.6C/W。器件的功耗為PD:PD=PDQ+PDOUT式中PDQ為器件內部電路的功耗，PDOUT為輸出功率的功耗。PDQ=IQ（VS+|-VS|），PDOUT=VA{2}_{S}/4RL，代入上式PD=IQ(VS+|-VS|)+VA{2}_{S}/4RL=37mA(36V)+18V2/44=21.6W式中靜態(tài)電流取37mA。散熱器熱阻RSA計算:RSA《（{T_{J}-T_{A}}over{P_{D}}）-（R_{JC}+R_{CS}}）為留有余量，TJ設125°C,TA設為40°C,RJC取最大值（RJC="2".6°C/W）,RCS取0.2°C/W,（PA02直接安裝在散熱器上，中間有導熱油脂）。將上述數(shù)據(jù)代入公式得RSA<{125C-40C}over{21.6W}-（2.6C/W+0.2°C/W）<1.135C/WHSO4在自然對流時熱阻為0.95C/W，可滿足散熱要求。注意事項在計算中不能取器件數(shù)據(jù)資料中的最大功耗值，而要根據(jù)實際條件來計算；數(shù)據(jù)資料中的最大結溫一般為150C，在設計中留有余地取125C，環(huán)境溫度也不能取25C（要考慮夏天及機箱的實際溫度）。散熱器的安裝要考慮利于散熱的方向，并且要在機箱或機殼上相應的位置開散熱孔（使冷空氣從底部進入，熱空氣從頂部散出）。若器件的外殼為一電極，則安裝面不絕緣（與內部電路不絕緣）。安裝時必須采用云母墊片來絕緣，以防止短路。器件的引腳要穿過散熱器，在散熱器上要鉆孔。為防止引腳與孔壁相碰，應套上聚四氟乙稀套管。另外，不同型號的散熱器在不同散熱條件下有不同熱阻，可供設計時參改，即在實際應用中可參照這些散熱器的熱阻來計算，并可采用相似的結構形狀（截面積、周長）的型材組成的散熱器來代用。在上述計算中，有些參數(shù)是設定的，與實際值可能有出入，代用的型號尺寸也不完全相同，所以在批量生產(chǎn)時應作模擬試驗來證實散熱器選擇是否合適，必要時做一些修正（如型材的長度尺寸或改變型材的型號等）后才能作批量生產(chǎn)。

散熱器選型，散熱面積理論計算及風扇選擇。岸」散熱器選型，散熱面積理論計算及風扇選擇。岸」(2010-11-2323:51:57)轉載R標簽：雜談散熱器選擇的計算方法一，各熱參數(shù)定義：Rja 總熱阻，°C/W；Rjc 器件的內熱阻，C/W；Rcs 器件與散熱器界面間的界面熱阻，C/W；Rsa 散熱器熱阻，C/W；Tj 發(fā)熱源器件內結溫度，C；Tc 發(fā)熱源器件表面殼溫度，C；Ts 散熱器溫度，C；Ta 環(huán)境溫度，C；Pc 器件使用功率，W；△Tsa 散熱器溫升，C；二，散熱器選擇：Rsa=(Tj-Ta)/Pc-Rjc-Rcs式中：Rsa(散熱器熱阻)是選擇散熱器的主要依據(jù)。Tj和Rjc是發(fā)熱源器件提供的參數(shù)，Pc是設計要求的參數(shù)，Rcs可從熱設計專業(yè)書籍中查表，或采用Rcs=截面接觸材料厚度/(接觸面積X接觸材料導熱系數(shù))。計算總熱阻Rja：Rja=(Tjmax-Ta)/Pc計算散熱器熱阻Rsa或溫升△Tsa：Rsa=Rja—Rtj—Rtc△Tsa=RsaXPc確定散熱器按照散熱器的工作條件(自然冷卻或強迫風冷)，根據(jù)Rsa或△Tsa和Pc選擇散熱器，查所選散熱器的散熱曲線(Rsa曲線或△Tsa線)，曲線上查出的值小于計算值時，就找到了合適的熱阻散熱器及其對應的風速，根據(jù)風速流經(jīng)散熱器截面核算流量及根據(jù)散熱器流阻曲線上風速對應的阻力壓降，選擇滿足流量和壓力工作點的風扇。

散熱器熱阻曲線散熱器熱阻曲線—三，散熱器尺寸設計：對于散熱器，當無法找到熱阻曲線或溫升曲線時，可以按以下方法確定：按上述公式求出散熱器溫升△Tsa，然后計算散熱器的綜合換熱系數(shù)a:a=7.2甲1甲2甲3{""[(Tf-Ta)/20]}式中：W1 描寫散熱器L/b對a的影響，(L為散熱器的長度，b為兩肋片的間距)；W2 描寫散熱器h/b對a的影響，(h為散熱器肋片的高度)；W3 描寫散熱器寬度尺寸W增加時對a的影響；W[(Tf-Ta)/20] 描寫散熱器表面最高溫度對周圍環(huán)境的溫升對a的影響；以上參數(shù)可以查表得到。計算兩肋片間的表面所散的功率q0q0=aXATfaX(2h+b)XL根據(jù)單面帶肋或雙面帶肋散熱器的肋片數(shù)n,計算散熱功率Pc'單面肋片：Pc'=nq0雙面肋片：Pc'=2nq0(單面肋，簡單的說，就是一邊帶肋，一邊是一個平面。利于在特定場合下的裝配，例如在電源模塊上。)若Pc'>Pc時則能滿足要求。四，估算散熱器表面積:由Q=HA(T1-T2)結合修正系數(shù)推得：S=0.86W/(AT*a))(平方米)式中△T——散熱器溫度與周圍環(huán)境溫度(Ta)之差(°C)；a(h)——換熱系數(shù)，是由空氣的物理性質及空氣流速決定的。a的值可以表示為：a=Nu*入/L式中入一一熱電導率由空氣的物理性質決定；L——散熱器高度；Nu——空氣流速系數(shù)。Nu值由下式?jīng)Q定Nu=0.664*[(V/V1)"(1/2)]*[Pr"(1/3)]式中V——動黏性系數(shù)，是空氣的物理性質；V1——散熱器表面的空氣流速；Pr 參數(shù)(見下表)。溫度t/C動黏性系數(shù)熱電導率Pr00.1380.02070.72200.1560.02210.71400.1750.02340.71600.1960.02470.71800.2170.02600.701000.2300.02720.701200.2620.02850.70——五，計算阻力壓降：計算流經(jīng)散熱器阻力壓降：在算出換熱系數(shù)h(a)之后，根據(jù)預選的散熱器表面的空氣流速V,計算流經(jīng)散熱器的空氣阻力壓降：△P二f*(L/D)*(1/2)*(pV2)式中：△P 沿程壓力損失，Pa；V 空氣平均流速，m/s；f 沿程阻力系數(shù)；P 空氣密度，kg/m3；L 沿程長度，m；D——當量直徑，m°（D=4散熱器截面面積/截面周長）。—六，計算流量：計算流經(jīng)散熱器流量Q=AV式中Q流量A--風量流經(jīng)散熱器截面積V---風量流經(jīng)散熱器風速—七，風扇選擇：根據(jù)計算獲得的Q和△?，選擇風扇PQ曲線內包含Q與^?點即可。風扇PQ曲線I、II、III三條曲線分別代表不同系統(tǒng)的特性曲線。系統(tǒng)特性曲線與風扇的特性曲線的交點就是該風扇的工作點，推薦系統(tǒng)工作在C點，低阻力工作點。芯片散熱的熱傳導計算

技術分類：微處理器與DSP消費電子設計I2006-12-04來源：電子產(chǎn)品世界I作者：3M中國有限公司北京技術中心方科式中：Z為導熱材料的熱阻抗，A為傳熱面積。芯片的工作溫度T2為：T2=T1+PxR (6)式中：T1為空氣溫度；P為芯片的發(fā)熱功率；R為熱傳導過程的總熱阻。芯片的熱阻和功率可以從芯片和散熱器的技術規(guī)格中獲得，散熱器的熱阻可以從散熱器的技術規(guī)格中得到，從而可以計算出芯片的工作溫度T2。實例下面通過一個實例來計算芯片的工作溫度。芯片的熱阻為1.75°C/W,功率為5W,最高工作溫度為90C，散熱器熱阻為1.5C/W,導熱材料的熱阻抗Z為5.8Ccm2/W，導熱材料的傳熱面積為5cm2,周圍環(huán)境溫度為50C。導熱材料理論熱阻R4為：R4=Z/A=5.8(C?cm2/W)/5(cm2)=1.16C/W(7)由于導熱材料同芯片和散熱器之間不可能達到100%的結合，會存在一些空氣間隙，因此導熱材料的實際熱阻要大于理論熱阻。假定導熱材料同