艾默生熱設(shè)計要求規(guī)范

大全大全共兩部分：1.電子設(shè)備的自然冷卻熱設(shè)計規(guī)范2.電子設(shè)備的強迫風(fēng)冷熱設(shè)計規(guī)范電子設(shè)備的自然冷卻熱設(shè)計規(guī)范2004/05/01發(fā)布2004/05/01實施艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司

修訂信息表版本修訂人修訂時間修訂內(nèi)容新擬制李泉明1999年01月01日V2.0李泉明2004年05月01日更改模板，增加部分新內(nèi)容，重新在結(jié)構(gòu)室規(guī)范下歸檔目錄TOC\o"1-5"\h\z目錄3前言51目的62適用范圍63關(guān)鍵術(shù)語64引用/參考標(biāo)準(zhǔn)或資料75規(guī)范內(nèi)容75.1遵循的原則75.2產(chǎn)品熱設(shè)計要求85.2.1產(chǎn)品的熱設(shè)計指標(biāo)85.2.2元器件的熱設(shè)計指標(biāo)85.3系統(tǒng)的熱設(shè)計95.3.1常見系統(tǒng)的風(fēng)道結(jié)構(gòu)95.3.2系統(tǒng)通風(fēng)面積的計算105.3.3戶外設(shè)備（機柜）的熱設(shè)計太陽輻射對戶外設(shè)備（系統(tǒng)）的影響戶外柜的傳熱計算125.3.4系統(tǒng)前門及防塵網(wǎng)對系統(tǒng)散熱的影響155.4模塊級的熱設(shè)計155.4.1模塊損耗的計算方法155.4.2機箱的熱設(shè)計機箱的選材模塊的散熱量的計算機箱輻射換熱的考慮機箱的表面處理165.5單板級的熱設(shè)計175.5.1選擇功率器件時的熱設(shè)計原則175.5.2元器件布局的熱設(shè)計原則175.5.3元器件的安裝185.5.4導(dǎo)熱介質(zhì)的選取原則195.5.5PCB板的熱設(shè)計原則205.5.6安裝PCB板的熱設(shè)計原則215.5.7元器件結(jié)溫的計算225.6散熱器的選擇與設(shè)計225.6.1散熱器需采用的自然冷卻方式的判別22自然冷卻散熱器的設(shè)計要點23自然冷卻散熱器的輻射換熱考慮24海拔高度對散熱器的設(shè)計要求24散熱器散熱量計算的經(jīng)驗公式245.6.6強化自然冷卻散熱效果的措施256產(chǎn)品的熱測試256.1進行產(chǎn)品熱測試的目的256.1.1熱設(shè)計方案優(yōu)化256.1.2熱設(shè)計驗證256.2熱測試的種類及所用的儀器、設(shè)備256.2.1溫度測試257附錄277.1元器件的功耗計算方法277.2散熱器的設(shè)計計算方法297.3自然冷卻產(chǎn)品熱設(shè)計檢查模板30_、厶_、一前言本規(guī)范由艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司研發(fā)部發(fā)布實施，適用于本公司的產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)及相關(guān)活動。本規(guī)范替代以前公司的同名規(guī)范，老版本的同名規(guī)范一律廢除。本規(guī)范更換了新的模板，并根據(jù)公司產(chǎn)品開發(fā)需求的變化及已積累的設(shè)計經(jīng)驗增加了新的內(nèi)容。本規(guī)范由我司所有的產(chǎn)品開發(fā)部門遵照執(zhí)行。本規(guī)范于2004/05/01批準(zhǔn)發(fā)布：本規(guī)范擬制部門：結(jié)構(gòu)設(shè)計中心：本規(guī)范擬制人：李泉明：審核人：張士杰:本規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化審查人：數(shù)據(jù)管理中心；本規(guī)范批準(zhǔn)人：研發(fā)管理辦；1目的建立一個電子設(shè)備在自然冷卻條件下的熱設(shè)計規(guī)范，以保證設(shè)備內(nèi)部的各個元器件如開關(guān)管、整流管、IPM模塊、整流橋模塊、變壓器、濾波電感等的工作溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)，從而保證電子設(shè)備在設(shè)定的環(huán)境條件下穩(wěn)定、安全、可靠的運行。適用范圍本熱設(shè)計規(guī)范適用于自然冷卻電子設(shè)備設(shè)計與開發(fā)，主要應(yīng)用于以下幾個方面：■機殼的選材.結(jié)構(gòu)設(shè)計與布局■器件的選擇■散熱器的設(shè)計與選用■通風(fēng)口的設(shè)計、風(fēng)路設(shè)計■熱路設(shè)計關(guān)鍵術(shù)語熱環(huán)境設(shè)備或元器件的表面溫度、外形及黑度，周圍流體的種類、溫度、壓力及速度，每一個元器件的傳熱通路等情況熱特性設(shè)備或元器件溫升隨熱環(huán)境變化的特性，包括溫度、壓力和流量分布特征3.3導(dǎo)熱系數(shù)（入w/m.k）表征材料熱傳導(dǎo)性能的參數(shù)指標(biāo)，它表明單位時間、單位面積、負(fù)的溫度梯度下的導(dǎo)熱量。3.4對流換熱系數(shù)（aw/m2.k）對流換熱系數(shù)反映了兩種介質(zhì)間對流換熱過程的強弱，表明了當(dāng)流體與壁面間的溫差為1°C時，在單位時間通過單位面積的熱量。3.5熱阻（°C/w）反映介質(zhì)或介質(zhì)間傳熱能力的大小，表明了1W熱量所引起的溫升大小。3.6雷諾數(shù)（R）e雷諾數(shù)的大小反映了流體流動時的慣性力與粘滯力的相對大小，雷諾數(shù)是說明流體流態(tài)的一個相似準(zhǔn)則。3.7普朗特數(shù)（P「）普朗特數(shù)是說明流體物理性質(zhì)對換熱影響的相似準(zhǔn)則。3.8格拉曉夫數(shù)（勺）格拉曉夫數(shù)反映了流體所受的浮升力與粘滯力的相對大小，是說明自然對流換熱強度的一個相似準(zhǔn)則。3.9定性溫度確定對流換熱過程中流體物理性質(zhì)參數(shù)的溫度。3.10肋片的效率表示某擴展表面單位面積所能傳遞的熱量與同樣條件下光壁所能傳遞的熱量之比。3.11黑度實際物體的輻射力和同溫度下黑體的輻射力之比，它取決于物體種類、表面狀況、表面溫度及表面顏色。3.12外部環(huán)境溫度的定義自冷時指距設(shè)備各主要表面80mm處的溫度平均值；強迫風(fēng)冷（使用風(fēng)扇）時指距離空氣入口80~200mm截面的溫度平均值。機箱表面的溫度定義機箱表面溫度指在機箱各表面幾何中心處的溫度。設(shè)備風(fēng)道的進、出口風(fēng)溫的定義冷卻空氣入口、出口溫度指在入口或出口處與風(fēng)速方向垂直的截面內(nèi)各點溫度的平均值。冷板散熱器指采用真空釬焊、錫焊、鏟齒或插片工藝成型的齒間距較密、寬高比較大的散熱器。太陽輻射強度太陽輻射強度指1m2黑體表面在太陽照射下所獲得的熱量值，單位為W/m2.引用/參考標(biāo)準(zhǔn)或資料下列標(biāo)準(zhǔn)包含的條文，通過在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成本標(biāo)準(zhǔn)的條文。在標(biāo)準(zhǔn)出版時，所示版本均為有效。所有標(biāo)準(zhǔn)都會被修訂，使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方應(yīng)探討使用下列標(biāo)準(zhǔn)最新版本的可能性。GBxxxxx-89電力半導(dǎo)體器件用散熱器使用導(dǎo)則GB11456-89電力半導(dǎo)體器件用型材散熱器技術(shù)條件GJB/Z27-92國家軍用標(biāo)準(zhǔn)匯編,電子設(shè)備可靠性設(shè)計手冊GB/T12993-91電子設(shè)備熱性能評定電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)手冊TS-S0E0199002電子設(shè)備的自然冷卻熱設(shè)計規(guī)范V1.0分散式散熱產(chǎn)品的熱設(shè)計規(guī)范規(guī)范內(nèi)容5.1遵循的原則5.1.1進行產(chǎn)品的熱設(shè)計應(yīng)與電氣設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計同時進行，平衡熱設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、電氣設(shè)計各種需求。熱設(shè)計應(yīng)遵循相應(yīng)的國際、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、公司標(biāo)準(zhǔn)。熱設(shè)計應(yīng)滿足產(chǎn)品的可靠性要求，以保證設(shè)備內(nèi)的元器件均能在設(shè)定的熱環(huán)境中正常工作，并保證達到設(shè)定的MTBF指標(biāo)。各個元器件的參數(shù)選擇、安裝位置與方式必須符合散熱要求。元器件的發(fā)熱表面與散熱表面之間的接觸熱阻應(yīng)盡可能小。根據(jù)元器件的損耗大小及溫升要求確定是否加裝散熱器。模塊的控制回路中盡可能加裝溫度繼電器、壓力繼電器等熱保護回路，以提高系統(tǒng)的可靠性。在進行熱設(shè)計時，應(yīng)考慮相應(yīng)的設(shè)計冗余，以避免在使用過程中因工況發(fā)生變化而引起的熱耗散及流動阻力的增加。熱設(shè)計應(yīng)考慮產(chǎn)品的經(jīng)濟性指標(biāo)，在保證散熱的前提下使其結(jié)構(gòu)簡單、可靠且體積最小、成本最低。采用自然冷卻的條件：常壓下單位面積的最大功耗：小于0.024-0.039w/cm2,上限適應(yīng)于通風(fēng)條件較惡劣的情況，下限適應(yīng)于通風(fēng)條件較好的場合。5.2產(chǎn)品熱設(shè)計要求5.2.1產(chǎn)品的熱設(shè)計指標(biāo)散熱器的表面溫度最高處的溫升應(yīng)小于50°C.模塊內(nèi)部空氣的平均溫升應(yīng)小于25°C。5.2.2元器件的熱設(shè)計指標(biāo)元器件的熱設(shè)計指標(biāo)應(yīng)符合TS-S0A0204001《器件應(yīng)力降額規(guī)范》，具體指標(biāo)如下：功率器件的工作結(jié)溫應(yīng)小于最大結(jié)溫的(0.5-0.8)倍對額定結(jié)溫為175°C的功率器件，工作結(jié)溫小于140°C.對額定結(jié)溫為150°C的功率器件，工作結(jié)溫小于120°C.對額定結(jié)溫為125°C的功率器件，工作結(jié)溫小于100°C.碳膜電阻120°C金屬膜電阻100°C壓制線繞電阻150°C涂剝線繞電阻225°C變壓器、扼流圈表面溫度A級90CB級110CF級150CH級180C電容器的表面溫度紙質(zhì)電容器75-85C電解電容器65-80C薄膜電容器75-85C云母電容器75-85C陶瓷電容器75-85C

5.3系統(tǒng)的熱設(shè)計5.3.1常見系統(tǒng)的風(fēng)道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)風(fēng)道設(shè)計的一些基本原則：進、出風(fēng)口盡量遠(yuǎn)離，以強化煙囪效果?！龀鲲L(fēng)口盡可能設(shè)計在系統(tǒng)的頂部。在機柜的面板、側(cè)板、后板沒有特別要求一般不要開通風(fēng)孔，以利于形成有效的煙囪?！鱿到y(tǒng)后部應(yīng)留一定空間以利于氣流順暢流出?！鰹榱吮苊庀虏繜嵩磳τ谏蠈訜嵩吹挠绊懀刹捎酶舭逍纬瑟毩L(fēng)道。■為了避免熱空氣流入配電單元而影響其可靠性，可把氣流風(fēng)道隔離，形成完整、獨立的風(fēng)道?！┑湫偷娘L(fēng)道結(jié)構(gòu)風(fēng)系統(tǒng)為自然對流獨立散熱風(fēng)道，機柜出風(fēng)口在后門的頂部或頂部?！鲲L(fēng)系統(tǒng)為自然對流獨立散熱風(fēng)道，機柜出風(fēng)口在后門的頂部或頂部?！瞿K或插框自然冷卻。機柜后面的風(fēng)道要求有足夠的寬度，通常推薦大于200mm以上。配電單元如果位于系統(tǒng)頂部，需與風(fēng)道隔離，以避免熱空氣對配電元器件的影響。除進、出風(fēng)口外，其它部位須完全密封。1道1系統(tǒng)為自然對流獨立散熱風(fēng)道，機柜出風(fēng)口在后門的頂部或頂部。模塊或插框強迫風(fēng)冷且必須為上下風(fēng)道。機柜后面的風(fēng)道要求有足夠的寬度，通常推薦大于200mm以上。配電單元如果位于系統(tǒng)頂部，需與風(fēng)道隔離，以避免熱空氣對配電元器件的影響。除進、出風(fēng)口外，其它部位須完全密封。1111屮配電隼元1111屮配電隼元nf嘰-啟快墨播匡m1[1\||k\-配邨FL盒11f才屋審1風(fēng)道2系統(tǒng)為自然對流獨立散熱風(fēng)道，機柜出風(fēng)口在后門的頂部或頂部。模塊或插框為前后通風(fēng)冷卻。機柜后面的風(fēng)道要求有足夠的寬度，通常推薦大于200mm以上。配電單元如果位于系統(tǒng)頂部，需與風(fēng)道隔離，以避免熱空氣對配電元器件的影響。除進、出風(fēng)口外，其它部位須完全密封。風(fēng)道3系統(tǒng)為自然對流獨立散熱風(fēng)道，機柜出風(fēng)口在后門的頂部或頂部。模塊或插框強迫風(fēng)冷且必須為上下風(fēng)道。機柜后面的風(fēng)道要求有足夠的寬度，通常推薦大于200mm以上。配電單元如果位于系統(tǒng)頂部，需與風(fēng)道隔離，以避免熱空氣對配電元器件的影響。除進、出風(fēng)口外，其它部位須完全密封。圖1典型系統(tǒng)風(fēng)道結(jié)構(gòu)示意圖5.3.2系統(tǒng)通風(fēng)面積的計算系統(tǒng)進風(fēng)口的面積大小按下式計算：S二Q/(7.4X10-5HX△tl.5)(1)s-通風(fēng)口面積的大小，cm2Q-機柜內(nèi)總的散熱量，WH-機柜的高度，cm△t二t-t--內(nèi)部空氣溫度t與外部空氣溫度t之差，°C2121出風(fēng)口的面積大小應(yīng)為進風(fēng)口面積大小的1.5-2倍；戶外設(shè)備（機柜）的熱設(shè)計太陽輻射對戶外設(shè)備（系統(tǒng)）的影響.1太陽輻射強度及其影響因素戶外柜由于處于室外，太陽輻射將是其熱設(shè)計必須考慮的重要一環(huán)。到達地面的太陽輻射主要受大氣層厚度的影響，大氣層越厚，對太陽輻射的吸收、反射和散射就越嚴(yán)重，到達地面的太陽輻射就越少。此外大氣的狀況和大氣的質(zhì)量對到達地面的太陽輻射也有影響。到達地面的太陽輻射強度的大小，主要取決于地球?qū)μ柕南鄬\動，也就是取決于被照射地點與太陽射線形成的高度角0和太陽光線通過大氣層的厚度，顯然地球上不同地區(qū)、不同季節(jié)、不同氣象條件下到達地面的太陽輻射強度都是不相同的。到達地面的太陽輻射有兩部分：直接輻射太陽以平行光線的形式直接投射到地面上的，稱為太陽直接輻射。太陽直接輻射的強弱和許多因子有關(guān)，其中，最主要的是太陽高度角（直射或斜射），其次為大氣透明度，或者說，太陽輻射（直射時）經(jīng)過大氣的路程愈短，被大氣削弱的愈少，到達地面的太陽輻射愈多；反之，愈少。一天當(dāng)中，日出、日沒時太陽高度最小，直接輻射最弱；中午太陽高度角最大，直接輻射最強。在一年當(dāng)中，直接輻射在夏季最強，冬季最弱。以緯度而言，低緯度地區(qū)一年各季太陽高度角都很大，地表面得到的直接輻射就比中、高緯度地區(qū)大得多。散射輻射太陽高度角增大時，到達地面層的直接輻射增強，散射輻射也就相應(yīng)地增強；相反，太陽高度角減小時，散射輻射也弱。太陽經(jīng)過大氣路程長，參與散射作用的質(zhì)點增多，散射輻射增強；相反，減弱。云也能強烈地增大散射輻射。陰天的散射輻射比晴天強。一日內(nèi)正午前后散射輻射最強，一年內(nèi)夏季最強?？傒椛渫瑫r到達地面（水平面）的太陽直接輻射和散射輻射之和，稱為總輻射。.2戶外柜表面所吸收的太陽輻射熱當(dāng)太陽射線照射到戶外柜表面時，一部分被吸收，一部分被反射，二者的比例取決于表面材料的種類、粗糙度和顏色，表面愈粗糙、顏色愈深，吸收的太陽輻射熱愈多。同一材料對于不同波長的輻射光的吸收率也是不同的，黑色表面對各種波長的輻射幾乎全部吸收，而白色表面對不同波長的吸收率不同，對于可見光幾乎90%都反射回去，所以戶外柜表面最好為白色和相近色，以減少進入戶外柜內(nèi)部的太陽輻射熱。表1列舉出了常用戶外柜材料及表面顏色的吸收率和發(fā)射率。表2列舉出了建筑常材料及表面顏色的吸收率和發(fā)射率。表1常用戶外柜材料及表面顏色的吸收率和發(fā)射率SURFACEShortwave(solar)absorptanceLongwaveemittancePolishedAluminum0.030.05Oil-BasedPaints:

White0.20.9LightGreen0.50.9LightGray0.750.9表2常用建筑材料及表面顏色的吸收率和發(fā)射率M刊打r昭f亡4值丿昵Emrf-冋％Alumii-iiui-i-is;hoolNowIQOxidi^sdSO-SO20-30BijftlSyBTck若Cr呂斗mR-fi-an口w55aoRed石ASOSS-95Li^htdfi-znDark9090Earth8090G1Jlo<xvc7SauUSPsiinivVhiio總aoHSOS」ightgrey3090Lirpht口rssnfio—tinsaMcdiuiugrcy,yellow,oraiiyo55LIULitchi『冃H洛J"QQO^rlkKri*?wn/「冃rJ/口r冃冃c口cSlackS5--35S5-95SteelsheetC?a.lvarii^5d^newSO-S515—30rarilwnni^nrl,riKirlij-nrlMHmi411RustyfiO-856€-9OStoneWhit?marbleSO85-35Lll-HeqStOllG?o85OSYellow007CJtJ巧U5fjfs-anan-afiThartciifio-znWhitewashNew10-152€-3O2n-ftn2-n-dnWnnrlPllTA戶外柜表面所吸收的太陽輻射熱按式（2）進行計算。3=|Q（2）solsun.其中：訥一戶外柜表面所吸收的總太陽輻射熱，W—戶外柜表面的太陽短波吸收率solQ一照射到戶外柜表面的總太陽輻射熱，W,包括太陽直射、sun散射到戶外柜表面以及周圍其它表面反射的太陽輻射熱（開放式空間除外）。Q=1XAsun0I一太陽輻射強度，W/m2，從當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料中查取。0A—戶外柜被太陽照射到的表面積，m戶外柜的傳熱計算戶外柜的傳熱模型可以簡化為如圖2所示的熱阻網(wǎng)絡(luò)。圖2戶外柜傳熱簡化模型其傳熱路徑包括兩個部分：路徑一：戶外柜內(nèi)部生成的熱量通過對流及輻射傳給戶外柜內(nèi)表面，再通過夾層材料（如空氣、海面、泡沫等）的導(dǎo)熱傳到戶外柜外表面，最后通過對流及輻射傳給周圍的大氣。路徑二：戶外柜外表面吸收了太陽輻射的熱量，一部分通過對流及輻射傳給周圍大氣，另一部分則通過夾層材料（如空氣、海面、泡沫等）的導(dǎo)熱傳到戶外柜內(nèi)。要保持戶外柜內(nèi)的溫度Ti恒定，進入戶外柜的熱量加上內(nèi)部生成的熱量應(yīng)等于戶外柜表面的散熱量。如果不能夠平衡，則需要借助熱交換器或空調(diào)來強制維持熱量的平衡，保證內(nèi)部溫度達到設(shè)計要求并保持恒定。戶外柜傳熱計算的目的就是要計算出需要依靠熱交換器或空調(diào)來強制維持熱量平衡的凈熱量Q。net依據(jù)熱網(wǎng)絡(luò)圖2給出的傳熱方程式為：T-T=RQ+RQ+R3-[R/R][T-T].（3）iairiioiooradairskyl/R=l/R+l/R戶夕外柜吸收的太陽輻射的熱量，W，Qa=QCQsolsunQ__太陽輻射的總熱量，WT——戶外柜內(nèi)部允許的環(huán)境溫度，°cT——戶外柜周圍的外部環(huán)境溫度，°Cair丁丘__戶外柜遠(yuǎn)處的環(huán)境溫度，°Cr[_戶外柜外表面的總熱阻，°C、WRo__戶外柜外表面的對流熱阻，°C/WRcon——戶外柜外表面向周圍環(huán)境及大氣的輻射熱阻，°C/WR戶外柜外內(nèi)表面的熱阻，°C/W——戶外柜表面的太陽輻射吸收率sol具體計算方法按照表3提供的小程序即可快速計算出冷卻所需的凈熱量Q。net表3太陽輻射熱負(fù)荷計算表SunLoadCalculationfortheOutsideCabinetSolarradiationparametersSolarradiationSolartensity(W/m2)：1120

SunshineorShadowAreaAreasunshine(m2)：1.8Areashadow(m2)：1.44Coefficient(refertorightAbsorbtanceoftheouttersurface(a)：0.2table)Emittanceoftheouttersurface(E):0.9ConstantCoefficientStefan-BoltzmannCoefficient5.67E-08InputParametersDimensionsoftheCabinetWidth(mm):600Depth(mm):600Height(mm):1200HeatTransferCoefficientOutsidenaturalconvectioncoefficient(a1W/rwC):3Insideforcedconvectioncoefficient(a2W/m2C):40AmbientTemperatureOutsideambienttemperature(T.):40Insideambienttemperature(T..):55CabinetsWallPropertyThicknessoftheoutsideplane(mm):3Heatconductivityoftheoutsideplane(W/mC):180Thicknessoftheinsulatedmaterial(mm):7Heatconductivityoftheinsulatedmaterial(W/mC):0.033OuputParametersTemperatureoftheWall(Sunshine)InsidetemperatureofthewallTinside-wall(C):55.56OutsidetemeratureofthewallToutside-wall(C):60.34TemperatureoftheWall(Shadow)InsidetemperatureofthewallT(C):53.91OutsidetemeratureofthewallT(C):44.64SunLoadAbsorbedheatfromthesun(W):403.20ConvectionheattransfertotheambientSunshineside(W):Shadowside(W):RediationheattransfertotheambientSunshineside(W):252.83Shadowside(W):42.84Heattransferinthecabinetfromthesuninthesunshineside(W):40.53TotalamountofHeatNetInreasefromthesuntothecabinetQnet(W):(22.36)Note:(1)Whenrunthisprogram,firstlyfillintheinputparametersandselectthesurfacecolorofthecabinet,thenwirtethedataofrighttabletotheC6andC7.Secondly,makethevalueofD30equaltotheC30bychangingthevalueofC27.Thirdly,makethevalueofD28equaltoD29,i.e0.0,bychangingthevalueofC29.Finally,enjoytheresultsattheline35orline36.(2)Ifthisvalueislessthan0.0,thatmeanstheouttersurfaceofthecabinethassogoodheattransferperformancethatitcandecreasetheheatloadofheatexchanger.系統(tǒng)前門及防塵網(wǎng)對系統(tǒng)散熱的影響如果前門的進風(fēng)口位置滿足要求，并且進風(fēng)面積足夠，一般來講，開門與關(guān)門有約2-5°C差異。如果需在系統(tǒng)上加防塵網(wǎng)，即使采用粗效的防塵網(wǎng)，也將帶來5-10°C的差異。5.4模塊級的熱設(shè)計模塊損耗的計算方法模塊的損耗可由下式計算.P=(i/n-i)P(4)dissoutP一模塊的損耗,WdissP一模塊的輸出功率,Woutn一模塊的效率功率損耗P是由于發(fā)熱器件的發(fā)熱而引起的，這些發(fā)熱器件包括開關(guān)管diss(MOSFET,IGBT),整流管(整流二極管及FRED),濾波電感，變壓器以及開關(guān)管的驅(qū)動等。機箱的熱設(shè)計機箱的選材如果需利用模塊的機箱作為散熱器，則模塊機箱必須選用鋁合金材料，且模塊內(nèi)壁不得進行拉絲處理，材料的厚度不得低于1.5mm。如果不利用機箱進行散熱，則模塊機箱選材不受限制。模塊的散熱量的計算.1對密封機箱Q=1.86(S+4S/3+2S/3)Ati.25+4oSeT3AT(5)TstbmS=S+S+S如果計算出的散熱量QW需求散熱量Q,則必須選用通風(fēng)機箱。對通風(fēng)機箱Q=1.86(S+4S/3+2S/3)At1.25+4oSeT3At+1000uAAT..……...(6)TstbmQ-模塊的耗散功率，WTS一機箱側(cè)面內(nèi)壁的有效面積，m2sS朹機箱頂部面積，m2S-機箱的底面積，m2bAt-風(fēng)道進出口溫差，。CO—斯一波爾茲曼常數(shù)，為5.67X10-8W/m2.KE-輻射系數(shù)T=(T+T)/2maT-機箱的表面溫度，KT—環(huán)境溫度，Kau-自然風(fēng)速，一般取0.1-0.2m/sA-通風(fēng)面積，m2機箱輻射換熱的考慮對于自然冷卻的機箱，大部分需承擔(dān)散熱器的功能，其表面溫升一般較高約25-40°C，其表面的輻射換熱量在整個機箱的散熱量中占有較大的比重，有些甚至成為主要的散熱途徑，所以，在進行機箱的散熱計算時，不能忽略輻射換熱可按計算式(5)-(6)中提供的方法計算輻射換熱，也可按下式進行計算：Q=4oSe(T4-T4).(7)輻射saS—機箱的有效面積，m2o—斯一波爾茲曼常數(shù)，為5.67X10-8W/m2.KE-輻射系數(shù)Ts-機箱的表面溫度，KT—環(huán)境溫度，Ka必須牢記，電子設(shè)備由于溫度不是太高，輻射波長相當(dāng)長，處于不可見的紅外區(qū)。而在紅外區(qū)，一個良好的發(fā)射體也是一個良好的吸收體，所以在考慮機箱的輻射換熱時，必須同時考慮機箱表面輻射吸收的熱量及機箱表面輻射散出的熱量。對于模塊，基本處于室內(nèi)，不涉及太陽輻射的問題，如果模塊周圍沒有溫度高于模塊的物體，其機箱表面吸收的輻射熱量可以不考慮，只需考慮機箱表面的散熱量，所以機箱表面的實際輻射散熱量對于機箱表面輻射散出的熱量。Q=Q實際輻射輻射散熱如果模塊周圍有溫度高于模塊的物體，其機箱表面吸收的輻射熱量必須考慮，機箱表面的實際散熱量按(8)式計算：Q=Q—Q(8)實際輻射輻射散熱輻射吸熱機箱的表面處理從熱設(shè)計角度，無論機箱還是散熱器，不推薦表面進行任何處理，額外的表面處理對輻射散熱貢獻較小，卻增加了產(chǎn)品成本。5.5單板級的熱設(shè)計選擇功率器件時的熱設(shè)計原則在其它性能參數(shù)相同的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用允許結(jié)溫T高的功率器件(根據(jù)供應(yīng)商手冊提供的數(shù)據(jù)進行篩選)。在其它性能參數(shù)相同的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用結(jié)殼熱阻R較小的功率器jc件(根據(jù)供應(yīng)商手冊提供的數(shù)據(jù)進行篩選)。在其它性能參數(shù)相同的情況下，優(yōu)先選用封裝尺寸較大的功率器件(根據(jù)供應(yīng)商手冊提供的數(shù)據(jù)進行篩選)，以減小器件與散熱器間的接觸熱阻R。cs對于MOSFET器件，在結(jié)殼熱阻R相近的條件下，應(yīng)優(yōu)先選用25°C下jcR較小的器件。D(ON)對于IGBT器件，在結(jié)殼熱阻R相近的條件下，應(yīng)優(yōu)先選用相同門極電阻jc下開關(guān)能量較小的器件。元器件布局的熱設(shè)計原則電阻的散熱一般是通過固定連接片或引線兩端的傳導(dǎo)以及本身的輻射，對流進行散熱的，所以電阻表面應(yīng)涂覆無光澤的粗糙漆，放置位置應(yīng)便于對流散熱并加大與其它元件之間的距離。對不加屏蔽罩的變壓器，鐵芯與支架、支架與固定面之間應(yīng)有良好的接觸，以使接觸熱阻最低;對帶屏蔽罩的變壓器，外罩必須與固定面良好接觸，把變壓器的固定面用支架墊高，并在底板上開通風(fēng)孔，以形成氣流對流。對模塊內(nèi)部不能夠吹到風(fēng)的PCB板，在布置元器件時，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，增強對流換熱..1對相鄰的兩垂直發(fā)熱表面，d/L=0.25,如圖3-(a)所示。.2對相鄰的垂直發(fā)熱表面與冷表面間距,d=2.5mm,如圖3-(b)所示。min.3對鄰近的水平發(fā)熱圓柱體和冷的上表面之間，d/D=0.85,如圖3-(c)所示。.4對鄰近的水平發(fā)熱圓柱體和冷的垂直表面之間,d/D=0.7,如圖3-(d)所示。.5對鄰近的水平發(fā)熱圓柱體和冷的水平底面之間,d/D=0.65,如圖3-(e)所示。d/L=O.25dini.n=2,5mm(a)(b)d/L=O.25dini.n=2,5mm(a)(b)d/D=O.7D(c)(d)(e)D(c)(d)(e)圖3自然對流時元器件排列的距離關(guān)系在PCB上布置各種元器件時，應(yīng)將功率大、發(fā)熱量大的元器件放在邊沿和頂部，以利于散熱。應(yīng)將不耐熱的元件（如電解電容）放在靠近進風(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。在PCB上布置各種元器件時，應(yīng)將功率大、發(fā)熱量大的元器件放在出風(fēng)口的位置。對熱敏感元件，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)采用“熱屏蔽”方法解決。5.5.3元器件的安裝元器件的安裝應(yīng)盡量減少元器件殼與散熱器表面間的熱阻，即接觸熱阻。為盡量減小傳導(dǎo)熱阻，應(yīng)采用短通路，即盡可能避免采用導(dǎo)熱板或散熱塊把元器件的熱量引到散熱器表面，而元器件直接貼在散熱器表面則是最經(jīng)濟、最可靠、最有效的散熱措施。為了改善器件與散熱器接觸面的狀況，應(yīng)在接觸面涂導(dǎo)熱介質(zhì)，常用的導(dǎo)熱介質(zhì)有導(dǎo)熱脂、導(dǎo)熱膠、導(dǎo)熱硅油、熱絕緣膠等。對器件須與散熱器絕緣的情況，采用的絕緣材料應(yīng)同時具有良好的導(dǎo)熱性能，且能夠承受一定的壓力而不被刺穿，詳見5.5.4。把器件裝配在散熱器上時，應(yīng)嚴(yán)格按照我司TS-S0E0102012《大功率管安裝設(shè)計工藝規(guī)范》中提供的安裝壓力或力矩進行裝配，壓力不足會使接觸熱阻增加，壓力過大會損壞器件。將大功率混合微型電路芯片安裝在比芯片面積大的鉬片上。對于多層印制線路板，應(yīng)利用電鍍通孔來減少通過線路板的傳導(dǎo)熱電阻。這些小孔就是熱通路或稱熱道。當(dāng)利用接觸界面導(dǎo)熱時，采用下列措施使接觸熱阻減到最小。.1盡可能增大接觸面積。確保接觸表面平滑。.3利用軟材料接觸。扭緊所有螺栓以加大接觸壓力(注意不應(yīng)殘留過大應(yīng)力)。利用合理的緊固件設(shè)計來保證接觸壓力均勻。5.5.4導(dǎo)熱介質(zhì)的選取原則為了解決功率器件與散熱器間的電氣絕緣問題，功率器件與散熱器間應(yīng)加導(dǎo)熱絕緣材料，考慮到性價比，在散熱條件不是很惡劣，如功率器件損耗較小或功率器件處于有利的通風(fēng)位置時，可選用通用的導(dǎo)熱絕緣材料SP400,其它條件下可選用散熱性能較好的SP900S，只有在特殊情況下，才允許選用SP2000。其性能參數(shù)如表4所示表4常用熱界面材料性能參數(shù)表材料Sil-pad2000Sil-pad900SSil-pad400陶瓷基片材料厚度(mm)0.25±0.0250.23±0.0250.23±0.0250.63±0.025導(dǎo)熱系數(shù)W/m.k27單位面積熱阻°C-cm2/W1.2使用溫度°。-60?180°C-60?180°C-60?180°C-60?180°C材料構(gòu)成硅橡膠/玻璃纖維硅橡膠/玻璃纖維硅橡膠/聚脂薄膜陶瓷+三氧化二鋁實測熱阻值<0.4<0.6<0.9<0.35實測熱阻值是在采用TO—247封裝，在緊固壓力為12Kg.cm下測得的。由于陶瓷基片在安裝時容易碎裂，所以不推薦使用陶瓷基片。對于輸出部分，由于總是處于出風(fēng)口的位置，一方面通過其功率管表面及散熱器表面的風(fēng)均為熱風(fēng)，另外輸出二極管部分后面總會有輸出共模電感或差模電感之類的體積較大的器件，影響出風(fēng)，所以該部分的散熱條件總是比較惡劣，為了減小散熱器的壓力，可考慮采用散熱器懸浮的方法去掉功率管與散熱器間的導(dǎo)熱絕緣膜，使功率管直接貼在散熱器上。為了便于安裝，導(dǎo)熱絕緣膜可考慮選用單面背膠的方法解決導(dǎo)熱絕緣膜的定位問題，即先將導(dǎo)熱絕緣膜粘在安裝位置，再進行功率管的安裝與緊固。但必須注意，導(dǎo)熱絕緣膜背膠會增加其熱阻，由于膠不是良好的導(dǎo)熱介質(zhì)，一般情況下，熱阻會增加30—40％，所以，在熱設(shè)計時需考慮該部分的冗余。我司推薦的大部分導(dǎo)熱絕緣材料均采用硅橡膠為基體，質(zhì)地較軟，因此，在安裝時不需要涂硅脂；只有少數(shù)材料如SP400、SPK1O、陶瓷基片等質(zhì)地比較硬的材料必須涂硅脂，要求硅脂必須涂敷均勻，硅脂層厚度小于0.15mm。PCB板的熱設(shè)計原則PCB板熱設(shè)計的主要任務(wù)是有效地把印制板上的熱引導(dǎo)到外部（散熱器和大氣中）。5.5.1印制線的載流容量和溫升設(shè)計印制板時要保證印制線的載流容量，印制線的寬度必須適于電流的傳導(dǎo)，不能引起超過允許的溫升和壓降。在實際應(yīng)用中，常有較大電流流過輸出端銅箔，如果輸出銅箔設(shè)計的過細(xì)，則會導(dǎo)致銅箔的溫度上升。印制電路板的材料、導(dǎo)電銅箔的厚度、容許溫升將影響到銅箔厚度應(yīng)該多寬、能承受多大電流。一般對1盎司的環(huán)氧玻璃板，如果允許溫升小于10°C（考慮到系統(tǒng)內(nèi)部的環(huán)境溫度可能超過70°C），則一般可按1A電流取1mm寬銅箔的經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行銅箔設(shè)計。如假如流過的電流為5A，對1盎司的環(huán)氧玻璃板，其銅箔寬度可取5mm。實際可按照容許溫升的大小按照圖4進行選擇。貉幌Hl(on)圖41盎司環(huán)氧玻璃板電流與銅箔寬度的關(guān)系圖，需提醒的是，不同的基板材料生產(chǎn)廠家，不同的基板材料，則圖3顯示的電流與銅箔的關(guān)系是不相同的?？赏ㄟ^實驗進行確定。5.5.2印制板的散熱選用厚度大的印制線，以利于印制線的導(dǎo)熱和自然對流散熱。減小元器件引線腿及元器件引線間的熱阻，增強元器件引線腿對印制線的熱傳導(dǎo)，增強導(dǎo)電性。當(dāng)元器件的發(fā)熱密度超過0.6W/cm3,單靠元器件的引線腿及元器件本身不足充分散熱，應(yīng)采用散熱網(wǎng)、匯流條器等措施。若發(fā)熱密度非常高，則元器件應(yīng)安裝散熱器，在元器件和散熱材料之間應(yīng)涂抹導(dǎo)熱膏。以上措施仍不能充分散熱時，就應(yīng)采用熱傳導(dǎo)性能好的印制板，如金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。對塑封器件和SMD封裝的元器件，通過管腳散熱成為主要的散熱器途徑之一，其熱設(shè)計應(yīng)滿足以下原則：.加散熱銅箔和采用大面積電源地銅箔，以加大PCB的散熱面積，如圖5所示

圖5:改善管腳側(cè)散熱的措施之一?散熱焊盤由過孔連接到內(nèi)層夾心層進行散熱和熱平衡solderedCoppercladThermalvia圖5:改善管腳側(cè)散熱的措施之一?散熱焊盤由過孔連接到內(nèi)層夾心層進行散熱和熱平衡solderedCoppercladThermalviaElectricalviainvarcore圖6:改善管腳側(cè)散熱的措施之二較大的焊盤及大面積銅皮對管腳的散熱十分有利，但在過波峰焊或回流焊時由于銅皮散熱太快，容易造成焊接不良，必須進行隔熱設(shè)計，常見的隔熱設(shè)計方法如圖7所示Tracewidth=0.25~0.4mmfor3~4traceslargemassTracewidth=0.35~0.6mmfor1~2Tracewidth=0.25~0.4mmfor3~4traceslargemass圖7:焊盤的隔熱設(shè)計5.5.6安裝PCB板的熱設(shè)計原則自然冷卻條件下，對設(shè)備內(nèi)有多塊PCB板時，應(yīng)與進風(fēng)方向平行并列安裝,每塊PCB板間的間距應(yīng)大于30mm，以利于對流散熱。5.5.7元器件結(jié)溫的計算為保證元器件的安全散熱，需要校核元器件的結(jié)溫是否工作在安全溫度下，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（junction）的安全工作溫度范圍Tjmax（最大值和推薦值），結(jié)至冷卻空氣熱阻Rja,結(jié)至殼熱阻Rjc，結(jié)至板熱阻Rjb，封裝方式，散熱表面外形尺寸（以上參數(shù)一般在元器件供應(yīng)商提供的用戶手冊中可以查到），PCB板的層數(shù)，流過元器件的空氣溫度和速度（由系統(tǒng)級估算獲得），工作結(jié)溫按下式進行計算：元器件背有散熱器對于帶銅板封裝的大功率元器件（典型如T0—220/T0-247等），其熱量通過環(huán)氧表面（通常為TOP面）、管腳及銅板共3個渠道傳遞出來，由于結(jié)到環(huán)氧表面、結(jié)到管腳的熱阻較大，所以通過銅板的傳熱為主要的傳熱途徑，如果銅板所貼的散熱器熱阻足夠小且流過環(huán)氧表面的風(fēng)速小于1m/s,則通過其它兩種路徑的傳熱基本可以忽略，在已知散熱器臺面溫度Ts下，器件的工作結(jié)溫為：T=T+PXRW0.8T（9）jsTth（j-s）jmaxP---元器件的熱損耗，WTR——元器件結(jié)到散熱器表面的熱阻，°C/Wth（j-s）對于無銅板的塑封器件，其熱量通過環(huán)氧表面（通常為TOP面）、管腳共2個渠道傳遞出來，元器件不僅通過表面對流散熱，還通過PCB板的導(dǎo)熱傳遞熱量。PCB的各層信號層、地層和電源層都鋪有大面積的銅，綜合的導(dǎo)熱系數(shù)比較高，整個PCB板就象是一塊大的平板散熱器，具有熱量均勻化的作用。所以應(yīng)盡量減小結(jié)至板的熱阻，如BGA封裝有大量鋼珠直接和板接觸，熱阻比QFP的封裝方式小。一般較難計算散熱量在這兩條散熱路徑（表面對流與PCB導(dǎo)熱）上的分配比例，但經(jīng)驗表明對于BGA和QFP這樣的封裝，表面無散熱器時，PCB導(dǎo)熱量將占總發(fā)熱量的50%或以上，表面加散熱器時，表面熱阻大幅降低，則PCB導(dǎo)熱量將減小為很小一部分。元器件無散熱器如果已知結(jié)到環(huán)境的熱阻，環(huán)境溫度，則器件的工作結(jié)溫為：T=T+PXR（10）jaTth（j-a）5.6散熱器的選擇與設(shè)計5.6.1散熱器需采用的自然冷卻方式的判別對通風(fēng)條件較好的場合，散熱器表面的熱流密度小于0.039W/cm2可采用自然冷卻。對通風(fēng)條件較惡劣的場合：散熱器表面的熱流密度小于0.024W/cn可采用自然冷卻。

5.6.2自然冷卻散熱器的設(shè)計要點考慮到自然冷卻時溫度邊界層較厚，如果齒間距太小，兩個齒的熱邊界層易交叉，影響齒表面的對流，所以一般情況下，建議自然冷卻的散熱器齒間距大于12mm，如果散熱器齒高低于10mm，可按齒間距$1.2倍齒高來確定散熱器的齒間距。iRihih^nridTorih>AhotKYt'ipuuRihih^nridTorih>AhotKYt'ipuuR(fpRo■IhHrmjrih■日H-wboileierRH,a.uTu口］H~?rrn?I自然對流的散熱器表面一般采用發(fā)黑處理，以增大散熱表面的輻射系數(shù)，強化輻射換熱。由于自然對流達到熱平衡的時間較長，所以自然對流散熱器的基板及齒厚應(yīng)足夠，以抗擊瞬時熱負(fù)荷的沖擊，建議大于3mm以上。散熱器基板厚度對散熱器的熱容量及散熱器熱阻有影響，太薄熱容量太小，太厚熱阻反圖8散熱器基板厚度與熱阻的關(guān)系曲線而增加，圖8表示出了基板厚度的最佳范圍。對分散式散熱來將，基板厚度一般為3-6mm為最佳。自然冷卻所需散熱器的體積熱阻為500-800°C—crw/W(注意：表2只能作為初選散熱器的參考，不能用它來計算散熱器的熱阻，散熱器的實際熱阻需按附錄A提供的方法計算。)一定的冷卻體積及流向長度下，按表5確定散熱器齒片最佳間距的大小表5不同冷卻條件及流向長度與散熱齒片最佳齒間距的關(guān)系冷卻條件流向長度(mm)75150225300自然冷卻6.57.510不同形狀、不同的成型方法的散熱器的傳熱效率如表3所示，盡可能選用成型簡單的工藝以降低散熱器的加工成本。散熱器的表面處理.安裝元器件的散熱器表面的光潔度RaW1.6|im，平面度對于0.1mm。.安裝元器件的散熱器表面不能進行拉絲處理。表6不同形狀、不同的成型方法的散熱器的傳熱效率散熱器成型方法傳熱效率，％成本參考沖壓件/光表面散熱器10—18低帶翅片的壓鑄散熱器/常規(guī)鋁型材15—22較低鏟齒散熱器25—32較高小齒間距鋁型材45—48高針裝散熱器/釬焊/錫焊/鏟齒/插78—90很高片成型散熱器（冷板散熱器）5.6.3自然冷卻散熱器的輻射換熱考慮如果物體表面的溫度低于50°C，可忽略顏色對輻射換熱的影響。因為此時輻射波長相當(dāng)長，處于不可見的紅外區(qū)。而在紅外區(qū)，一個良好的發(fā)射體也是一個良好的吸收體，發(fā)射率和吸收率與物體表面的顏色無關(guān)。如果物體表面的溫度低于50°C，可不考慮輻射換熱的影響。輻射換熱面積計算時，如表面積不規(guī)則，應(yīng)采用投影面積。即沿表面各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須彼此可見。圖9不規(guī)則表面的輻射投影面積5.6.4海拔高度對散熱器的設(shè)計要求對于自然對流，其傳熱機理是由于冷卻空氣吸熱后其密度減小，迫使重力場中的空氣上升而形成冷熱空氣的對流而產(chǎn)生熱量傳遞。由于隨著海拔高度的增加，空氣的密度逐漸減小，空氣上升的能力也就減少，自然對流換熱的能力減弱。自然對流換熱能力的變化最終體現(xiàn)在對流換熱系數(shù)的變化上，根據(jù)美國斯坦伯格的經(jīng)驗公式，如果忽略空氣溫度的變化，可按（11）式計算海拔高度對自然對流的影響強弱。he=hc（p/p）o.5=hc（p/p（高空）（海平面）高空海平面（海平面）高空海平）o.5（11）面he,he—分別為高空及海平面的自然對流換熱系數(shù)，W/m.k（高空）（海平面）p,p一分別為高空及海平面的空氣密度，Kg/m2高空海平面p，p—分別為高空及海平面的空氣壓力，帕斯卡高空海平面散熱器散熱量計算的經(jīng)驗公式按照表7的計算公式計算自然對流換熱系數(shù)。表7不同安裝條件下的自然對流換熱系數(shù)計算公式層流(104<Ra<109)紊流（Ra>109）特征長度L垂直安裝h=1.42(^t/L)o.25chc=1.31?t/L)1/3L二流向長度，m水平安裝熱面朝上h=1.32?t/L)0.25che=1.43(△t/L)1/32（長度X寬度）L=長度+寬度水平安裝熱面朝下h=0.61?t/L)o.25

為了簡化計算，忽略散熱器的導(dǎo)熱熱阻，即假設(shè)模塊的熱量能夠均勻傳遞到散熱器的各表面，此時計算出的散熱量為模塊的最大散熱量：Q=hXFX^tXn(12)c對流h自然對流換熱系數(shù)，w/m2.k△t散熱器臺面允許溫升，°CF對流表面積，m2n—散熱器齒片效率(%)對直齒肋：n12-1)m=(2hc/12-1)m=(2hc/入&)0.5…(12-1-1)0&0：肋片根部厚度(m)b:肋高(m)入：導(dǎo)熱系數(shù)，W/m.k如果Q<[P],表明散熱器的設(shè)計不滿足散熱要求，必須進行重新設(shè)計。D5.6.6強化自然冷卻散熱效果的措施盡可能增大散熱面積，增大散熱面積的途徑有三種：.加大散熱器尺寸?！鲈黾由崞鞯凝X片數(shù)，但不能太密。散熱器豎直放置，散熱齒槽與氣流方向一致。優(yōu)化熱源的排列方式，使其長邊與氣流方向一致。表面進行發(fā)黑處理。6產(chǎn)品的熱測試進行產(chǎn)品熱測試的目的6.1.1熱設(shè)計方案優(yōu)化對不同的方案進行比較，確定較優(yōu)的散熱設(shè)計方案。6.1.2熱設(shè)計驗證檢驗熱設(shè)計的合理性與有效性，驗證產(chǎn)品的有關(guān)熱設(shè)計指標(biāo)是否滿足產(chǎn)品的熱設(shè)計驗證判定標(biāo)準(zhǔn)。6.2熱測試的種類及所用的儀器、設(shè)備6.2.1溫度測試溫度測試的項目■設(shè)備內(nèi)部環(huán)境溫度■機箱表面溫升(自然對流換熱時測量)■關(guān)鍵元器件和發(fā)熱元器件的表面溫升?散熱器和冷板的熱點溫升■冷卻空氣入口溫度與出口溫升溫度測量儀器類型溫度測量儀器包括熱電偶、玻璃溫度計、示溫漆和示溫蠟、電阻溫度計、熱敏電阻、光學(xué)溫度計、紅外掃描系統(tǒng)等。熱電偶熱電偶的選擇熱電偶的種類較多，就通信設(shè)備來講，由于我們設(shè)備的溫度一般低于200°C以下，在該范圍內(nèi)銅-康銅或鎳鉻-銬銅熱電偶具有較高的精度，為K型熱電偶，其分度值應(yīng)符合GB2903和GB4993的規(guī)定。熱電偶的測試精度為土0.1°C。熱電偶的焊接方法通常采用熔焊的方法把銅-康銅或鎳鉻-銬銅焊接在一起，不允許采用把銅-康銅絲直接鉸在一起的方法。熱電偶的粘接方法及減小測量誤差的措施熱電偶采用導(dǎo)熱膠粘接粘貼在被測表面，為了保證測試結(jié)果的精度，熱電偶探頭固定在測溫表面上時，必須將一段熱電偶導(dǎo)線沿測溫表面的等溫線布置，這樣可以消除熱電偶導(dǎo)線本身導(dǎo)熱而導(dǎo)致的測量誤差。導(dǎo)線長度應(yīng)大于10mm,如圖10所示圖10熱電偶與被測表面的接觸形式.4與熱電偶配套的檢測儀表熱電偶的溫度檢測通常采用多路采集器，如FLUKE公司的Hydralogger及日本恒河公司的DR230系列等。測試精度為土0.1°C。玻璃溫度計玻璃液體溫度計通常用來測量流體溫度和校準(zhǔn)其它的測溫儀器如熱電偶等。玻璃溫度計的精度可以達到±.01°Co示溫漆與示溫蠟示溫漆是一種隨溫度變化而變化的漆，漆的顏色變化達四種之多，不同的顏色代表不同的溫度。示溫漆還可以用于顯示某個區(qū)域的溫度場及熱流模式。示溫蠟是在特定的溫度下熔化的蠟狀物質(zhì)，從而顯示出溫度。示溫漆與示溫蠟的精度較差，一般在土°C(±9°F)電阻溫度計電阻溫度計與熱電偶的原理及用途相似，兩者均因輻射影響而產(chǎn)生誤差。其精度為±0.1°Co熱敏電阻熱敏電阻遵循電阻測溫學(xué)的原理，由于它的溫度系數(shù)很大，所以靈敏度高得多，其缺點是容易老化，需進行定期校準(zhǔn)，其測試精度為土0.1°C。光學(xué)溫度計、紅外掃描系統(tǒng)等。光學(xué)溫度計、紅外掃描系統(tǒng)均通過測量一個熱源的紅外輻射而得到溫度。其測試精度最高可以達到土0.3°C。由于測量時必須準(zhǔn)確知道被測表面的發(fā)射率且要求被測表面必須可見，限制了它們的使用。7附錄元器件的功耗計算方法根據(jù)實際使用工況，諸如工作電流，導(dǎo)通壓降等以及元器件的其它電氣參數(shù)計算元器件實際的功耗大小。元器件的種類不同，其功耗計算方法也不一樣具體計算方法如下：7.1.1電阻電阻的發(fā)熱量由下式算得P=I2R或P=U2/R………………(13)I一流過電流值(A)；R--電阻值(Q)U--電阻兩端的電壓(V)7.1.2變壓器變壓器的包括銅損和鐵損兩部分P=PP………………(14)bw+c銅損按下式計算：P=2XIXNXLXR[2](14a)wpppzI-原邊有效電流，ApN-原邊繞組的匝數(shù)，匝L-每圈的平均長度，cmpR-導(dǎo)線的阻抗，Q/cm鐵損按下式計算：P=PXcvV[2]…………(14b)P-單位體積的鐵損，w/cm3vV-鐵芯體積，cm3e變壓器的溫升按下式計算：△t=850P/A………(14c)bsP-變壓器的總損耗，wbA-變壓器的表面積，cm2s7.1.3功率器件耗散功率計算

雙極型晶體管(IGBT)IGBT的功耗損耗主要由通態(tài)損耗(飽和損耗或穩(wěn)定損耗)及開關(guān)損耗兩部分，分別按下式計算：通態(tài)損耗(飽和損耗或穩(wěn)定損耗)：P=UIcS⑶(15a)開關(guān)損耗：P=(1/2)UI(t+t)fsCEOconoffs(15b)(15)=(E+E)f[3](15b)(15)onoffs總損耗：P二P+P……dcs式中：u--通態(tài)集電極一發(fā)射極電壓(V)，給定值CEU一斷態(tài)集電極一發(fā)射極電壓(V),給定值CEoP=IdIc--通態(tài)電流(A)P=Id&--占空比，給定值E,E--開關(guān)能量(焦耳)，從器件數(shù)據(jù)手冊中查出。onofffs--開關(guān)頻率，給定值功率MOSFETMOSFET的損耗包括開關(guān)損耗和通態(tài)損耗兩部分通態(tài)功耗：2R[3]……(16a)DSDS(ON)I--漏極電流，A,給定值DSR-MOSFET在工作結(jié)溫下的通態(tài)熱阻，可按直接下式計算，也可以從DS(ON)器件數(shù)據(jù)手冊中查。R二R[1+a(T一25。)],Q,通態(tài)電阻TOC\o"1-5"\h\zDS(ON)(Tj)ojRo--25C時額定值，給定值a--溫度系數(shù)，一般為：0.01開關(guān)損耗：開通時損耗P=IVtf[2]………………(16b)ONceoceoff開通過程損耗：P=IVtf/6=I2tt'f/6C⑵(16c)rcDSrcrrrss關(guān)斷時損耗P=IVtf[2…(16d)關(guān)斷過程損耗：P=IVtf/6=l2tt'f/6CfcDSfcffoss[2]...…………(16e)式中：I—集電極與發(fā)射級間的穿透電流，AceoI--集電極電流，Ac—集電極與發(fā)射極間的電壓，Vce-飽和壓降，Vceott-開通及關(guān)斷時間，nson，offtt-V的上升及下降時間，nsr,,fcet',t'-驅(qū)動波形上升或下降時間，nsrfCC朚OSFET的輸入與輸出電容rss,ossMOSFET的總損耗為：P=P+P+P+P+P………………..(16)totaldonoffrfDC-DC開關(guān)變換器輸出整流用功率二極管功率二極管的損耗包括通態(tài)損耗及開關(guān)損耗兩部分通態(tài)損耗：Pd=VI.D[5]…………(17a)FF式中：V—正向?qū)▔航担琕FI?-正向平均電流，AFD—占空比開通損耗：P=IVtDf/100015](17b)onFFRMrrV—正向恢復(fù)電壓，VRFMt-反向恢復(fù)時間，nsrrf-工作頻率，KHZ關(guān)斷損耗：P=IKVtDf/2000[5](17c)offRMfRrrI朹反向漏電流，ARMK-比例系數(shù)V-穩(wěn)態(tài)反向電壓，VR總功耗=+P+P???????????????donoff????????(17)7.2散熱器的設(shè)計計算方法根據(jù)給定的結(jié)構(gòu)尺寸，遵照散熱器的設(shè)計原則初步設(shè)計出一種散熱器，在按以下步驟進行校核計算。6.2.1散熱器的熱阻散熱器的熱阻是從大的方面包括三個部分。R=R+R+R…(18)SA對導(dǎo)輻R=1/(aF1)(19)對F1--對流換熱面積(m)a--對流換熱系數(shù)，按下表計算層流(104〈R〈109〉紊流(R〉109)豎平板及豎圓柱體a=1.42?T/L)0.25a=1.31?T/L)1/3水平圓柱體a=1.32?T/L)o.25a=1.24?T/L)1/3水平板熱面朝上a=1.32?T/L)o.25a=1.43?T/L)1/3水平板熱面朝下a=O.61?T/L)o.25△T--散熱片與環(huán)境溫度之差L--高(m)R=R+R導(dǎo)基板肋導(dǎo)=5/(入F)+((1/n)T)R2對(20)流入--導(dǎo)熱系數(shù)，w/m.h.°C5--散熱器基板厚度(m)F--基板的導(dǎo)熱面積(m)2F=0.785*(d+5)22d-發(fā)熱器件的當(dāng)量直徑(m)n一肋效率系數(shù)對直齒肋：

n=th(mb)/(mb)m=(2a/入5)0a：對流換熱系數(shù)(w/m2.K)入?導(dǎo)熱系數(shù)(W/m.K)5肋片根部厚度(m)0：b.肋高(m)R=5/(入F)+1/(aFSA21n)(21)比較RsaW[Rsa],如不滿足，重新進行設(shè)計散熱器形狀，重復(fù)上面的步驟進行設(shè)計，直到符合要求為止。7.3自然冷卻產(chǎn)品熱設(shè)計檢查模板元器件的選擇、排列與安裝時的熱設(shè)計是否了解元器件的熱阻及極限結(jié)溫？是否了解元器件的安裝力矩及接觸熱阻？■是否分清了熱敏感元器件？■是否分清了發(fā)熱量大的元器件？■熱敏感元器件與發(fā)熱量大的元器件排列安裝是否合適？■發(fā)熱量大的元器件是否采用了散熱器進行冷卻？散熱器選用是否合適？設(shè)計是否合理？是否考慮了表面發(fā)黑？■發(fā)熱元器件的引線應(yīng)盡量短，印制線應(yīng)加寬。■接近發(fā)熱元器件的樹脂、線材等的耐熱是否充分？■由于熱引起的尺寸變化是否作了考慮？元器件的排列是否考慮了煙囪效應(yīng)？■元器件的安裝方向是否最優(yōu)？PCB板的排列、安裝時的熱設(shè)計PCB板的排列是否考慮了熱？（發(fā)熱量大的PCB不能緊挨排列）PCB板是否垂直安裝？排列的距離是否合適？PCB板的位置是否阻塞風(fēng)道？■是否積極利用了煙囪效應(yīng)？模塊機箱的熱設(shè)計機箱的設(shè)計是否考慮了熱？選材利于散熱嗎？機箱的上下面是否開有通風(fēng)口？■通風(fēng)口大小是否合適？■機箱內(nèi)的流路是否通暢？散熱器的安裝位置是否符合煙囪效應(yīng)？機柜的熱設(shè)計機柜的選材是否有利于散熱？■機柜是否開有通風(fēng)口？■通風(fēng)口的大小合適嗎？■是否考慮了模塊間的熱影響？機柜的風(fēng)路結(jié)構(gòu)是否合理？（機柜帶風(fēng)道還是不帶風(fēng)道？）是否充分利用了煙囪效應(yīng)？電子設(shè)備的強迫風(fēng)冷熱設(shè)計規(guī)范2004/05/01發(fā)布2004/05/01實施艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司

修訂信息表版本修訂人修訂時間修訂內(nèi)容新擬制李泉明1999年01月01日V2.0李泉明2004年05月01日更改模板，增加部分新內(nèi)容，重新在結(jié)構(gòu)室規(guī)范下歸檔目錄TOC\o"1-5"\h\z目錄34前言361目的372適用范圍373關(guān)鍵術(shù)語374引用/參考標(biāo)準(zhǔn)或資料385規(guī)范內(nèi)容39遵循的原則395.2產(chǎn)品熱設(shè)計要求395.2.1產(chǎn)品的熱設(shè)計指標(biāo)395.2.2元器件的熱設(shè)計指標(biāo)405.3系統(tǒng)的熱設(shè)計405.3.1常見系統(tǒng)的風(fēng)道結(jié)構(gòu)405.3.2系統(tǒng)通風(fēng)面積的計算475.3.3系統(tǒng)前門及防塵網(wǎng)對系統(tǒng)散熱的影響475.4模塊級的熱設(shè)計475.4.1模塊損耗的計算方法475.4.2機箱的熱設(shè)計4機箱的選材4模塊的通風(fēng)面積4機箱的表面處理485.5單板級的熱設(shè)計485.5.1選擇功率器件時的熱設(shè)計原則485.5.2元器件布局的熱設(shè)計原則485.5.3元器件的安裝495.5.4導(dǎo)熱介質(zhì)的選取原則505.5.5PCB板的熱設(shè)計原則505.5.6安裝PCB板的熱設(shè)計原則525.5.7元器件結(jié)溫的計算535.6散熱器的選擇與設(shè)計555.6.1散熱器需采用的強迫冷卻方式的判別55強迫風(fēng)冷散熱器的設(shè)計要點56風(fēng)冷散熱器的輻射換熱考慮58海拔高度對散熱器的設(shè)計要求58散熱器散熱量計算的經(jīng)驗公式585.6.6強化散熱器散熱效果的措施595.7風(fēng)扇的選擇與安裝的熱設(shè)計原則595.7.1多個風(fēng)扇的安裝位置595.7.2風(fēng)扇與最近障礙物間的距離要求595.7.3消除風(fēng)扇SWIRL影響的措施605.7.4抽風(fēng)條件下對風(fēng)扇選型的限制615.7.5降低風(fēng)扇噪音的原則615.7.6解決海拔高度對風(fēng)扇性能影響的措施625.7.7確定風(fēng)扇型號的方法635.7.8吹風(fēng)與抽風(fēng)方式的選擇原則635.7.9延長風(fēng)扇壽命與降低風(fēng)扇噪音的措施645.7.10風(fēng)扇的串列與并聯(lián)645.8防塵對產(chǎn)品散熱的影響675.8.1抽風(fēng)方式的防塵措施675.8.2吹風(fēng)方式下的防塵措施675.8.3防塵網(wǎng)的選擇方法676產(chǎn)品的熱測試676.1進行產(chǎn)品熱測試的目的67熱測試的種類及所用的儀器、設(shè)備686.2.1溫度測試686.2.2速度測量696.2.3流體壓力的測量707附錄717.1元器件的功耗計算方法717.2散熱器的設(shè)計計算方法737.3冷板散熱器的計算方法747.4強迫風(fēng)冷產(chǎn)品的熱設(shè)計檢查模板78_、厶_、一前言本規(guī)范由艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司研發(fā)部發(fā)布實施，適用于本公司的產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)及相關(guān)活動。本規(guī)范替代以前公司的同名規(guī)范，老版本的同名規(guī)范一律廢除。本規(guī)范更換了新的模板，并根據(jù)公司產(chǎn)品開發(fā)需求的變化及已積累的設(shè)計經(jīng)驗增加了新的內(nèi)容。本規(guī)范由我司所有的產(chǎn)品開發(fā)部門遵照執(zhí)行。本規(guī)范于2004/05/01批準(zhǔn)發(fā)布：本規(guī)范擬制部門：結(jié)構(gòu)設(shè)計中心：本規(guī)范擬制人：李泉明：審核人：張士杰:本規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化審查人：數(shù)據(jù)管理中心；本規(guī)范批準(zhǔn)人：研發(fā)管理辦；1目的建立一個電子設(shè)備在強迫風(fēng)冷條件下的熱設(shè)計規(guī)范，以保證設(shè)備內(nèi)部的各個元器件如開關(guān)管、整流管、IPM模塊、整流橋模塊、變壓器、濾波電感等的工作溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)，從而保證電子設(shè)備在設(shè)定的環(huán)境條件下穩(wěn)定、安全、可靠的運行。2適用范圍本熱設(shè)計規(guī)范適用于強迫風(fēng)冷電子設(shè)備設(shè)計與開發(fā)，主要應(yīng)用于以下幾個方面：■機殼的選材.結(jié)構(gòu)設(shè)計與布局■器件的選擇■散熱器的設(shè)計與選用■通風(fēng)口的設(shè)計、風(fēng)路設(shè)計■熱路設(shè)計■選擇風(fēng)扇3關(guān)鍵術(shù)語熱環(huán)境設(shè)備或元器件的表面溫度、外形及黑度，周圍流體的種類、溫度、壓力及速度，每一個元器件的傳熱通路等情況熱特性設(shè)備或元器件溫升隨熱環(huán)境變化的特性，包括溫度、壓力和流量分布特征3.3導(dǎo)熱系數(shù)（入w/m.k）表征材料熱傳導(dǎo)性能的參數(shù)指標(biāo)，它表明單位時間、單位面積、負(fù)的溫度梯度下的導(dǎo)熱量。3.4對流換熱系數(shù)（aw/m2.k）對流換熱系數(shù)反映了兩種介質(zhì)間對流換熱過程的強弱，表明了當(dāng)流體與壁面間的溫差為1°C時，在單位時間通過單位面積的熱量。3.5熱阻（°C/w）反映介質(zhì)或介質(zhì)間傳熱能力的大小，表明了1W熱量所引起的溫升大小。3.6流阻（P）a流阻反映了流體流過某一通道時所產(chǎn)生的壓力差。3.7雷諾數(shù)（R）e雷諾數(shù)的大小反映了流體流動時的慣性力與粘滯力的相對大小，雷諾數(shù)是說明流體流態(tài)的一個相似準(zhǔn)則。3.8普朗特數(shù)（P「）普朗特數(shù)是說明流體物理性質(zhì)對換熱影響的相似準(zhǔn)則。3.9格拉曉夫數(shù)（G）r

格拉曉夫數(shù)反映了流體所受的浮升力與粘滯力的相對大小，是說明自然對流換熱強度的一個相似準(zhǔn)則。3.10定性溫度確定對流換熱過程中流體物理性質(zhì)參數(shù)的溫度。3.11肋片的效率表示某擴展表面單位面積所能傳遞的熱量與同樣條件下光壁所能傳遞的熱量之比。3.12黑度實際物體的輻射力和同溫度下黑體的輻射力之比，它取決于物體種類、表面狀況、表面溫度及表面顏色。3.13努謝爾特數(shù)N(Nusseltl)反映出同一流體在不同情況下的對流換熱強弱，是一個說明對流換熱強弱的相似準(zhǔn)則。3.14傳熱單元數(shù)NTU為無因次量，其數(shù)值反映了在給定條件下所需傳熱面積的大小，是一個反映冷板散熱器綜合技術(shù)經(jīng)濟性能的指標(biāo)。3.15冷板的傳熱有效度E衡量冷板散熱器在傳遞熱量方面接近于理想傳熱狀況的程度，它定義為冷板散熱器的實際傳熱量和理論傳熱量之比，為無因次量3.16防塵網(wǎng)的阻力防塵網(wǎng)對氣流形成阻力。防塵網(wǎng)積灰，阻力增加，當(dāng)阻力增大到某一規(guī)定值時，過濾器報廢。新防塵網(wǎng)的阻力稱“初阻力”；對應(yīng)防塵網(wǎng)報廢的阻力值稱“終阻力”。設(shè)計時，常需要一個有代表性的阻力值，以核算系統(tǒng)的設(shè)計風(fēng)量，這一阻力值稱“設(shè)計阻力，慣用的方法是取初阻力與終阻力的平均值。3.17外部環(huán)境溫度的定義自冷時指距設(shè)備各主要表面80mm處的溫度平均值；強迫風(fēng)冷(使用風(fēng)扇)時指距離空氣入口80~200mm截面的溫度平均值。3.18機箱表面的溫度定義機箱表面溫度指在機箱各表面幾何中心處的溫度。3.19設(shè)備風(fēng)道的進、出口風(fēng)溫的定義冷卻空氣入口、出口溫度指在入口或出口處與風(fēng)速方向垂直的截面內(nèi)各點溫度的平均值。3.20冷板散熱器指采用真空釬焊、錫焊、鏟齒或插片工藝成型的齒間距較密，寬高比較大的散熱器。4引用/參考標(biāo)準(zhǔn)或資料下列標(biāo)準(zhǔn)包含的條文，通過在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成本標(biāo)準(zhǔn)的條文。在標(biāo)準(zhǔn)出版時，所示版本均為有效。所有標(biāo)準(zhǔn)都會被修訂，使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方應(yīng)探討使用下列標(biāo)準(zhǔn)最新版本的可能性。GBxxxxx-89電力半導(dǎo)體器件用散熱器使用導(dǎo)則GB11456-89電力半導(dǎo)體器件用型材散熱器技術(shù)條件GJB/Z27-92國家軍用標(biāo)準(zhǔn)匯編,電子設(shè)備可靠性設(shè)計手冊GB/T12992-91電子設(shè)備強迫風(fēng)冷熱特性測試方法GB/T12993-91電子設(shè)備熱性能評定電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)手冊TS-S0E0199001電子設(shè)備的強迫風(fēng)冷熱設(shè)計規(guī)范分散式散熱產(chǎn)品的熱設(shè)計規(guī)范5規(guī)范內(nèi)容5.1遵循的原則5.1.1進行產(chǎn)品的熱設(shè)計應(yīng)與電氣設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計同時進行，平衡熱設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、電氣設(shè)計各種需求。熱設(shè)計應(yīng)遵循相應(yīng)的國際、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、公司標(biāo)準(zhǔn)。熱設(shè)計應(yīng)滿足產(chǎn)品的可靠性要求，以保證設(shè)備內(nèi)的元器件均能在設(shè)定的熱環(huán)境中正常工作，并保證達到設(shè)定的MTBF指標(biāo)。各個元器件的參數(shù)選擇、安裝位置與方式必須符合散熱要求。元器件的發(fā)熱表面與散熱表面之間的接觸熱阻應(yīng)盡可能小。根據(jù)元器件的損耗大小及溫升要求確定是否加裝散熱器。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)比元件的故障率低。模塊的控制回路中盡可能加裝溫度繼電器、壓力繼電器等熱保護回路以及風(fēng)速調(diào)節(jié)回路，以提高系統(tǒng)的可靠性。在進行熱設(shè)計時，應(yīng)考慮相應(yīng)的設(shè)計冗余，以避免在使用過程中因工況發(fā)生變化而引起的熱耗散及流動阻力的增加。熱設(shè)計應(yīng)考慮產(chǎn)品的經(jīng)濟性指標(biāo)，在保證散熱的前提下使其結(jié)構(gòu)簡單、可靠且體積最小、成本最低。冷卻系統(tǒng)要便于測試與維護。采用強迫風(fēng)冷的條件：在常壓下，強迫風(fēng)冷的應(yīng)用范圍為0.04-0.31w/cm2,小于0.04w/cm2采用自然冷卻，大于0.31w/cm2須采用水冷或其它表面冷卻。5.2產(chǎn)品熱設(shè)計要求5.2.1產(chǎn)品的熱設(shè)計指標(biāo)散熱器的表面溫度最高處的溫升應(yīng)小于45°C.模塊內(nèi)部空氣的平均溫升應(yīng)小于20°C。5.2.2元器件的熱設(shè)計指標(biāo)元器件的熱設(shè)計指標(biāo)應(yīng)符合TS-S0A0204001《器件應(yīng)力降額規(guī)范》，具體指標(biāo)如下：功率器件的工作結(jié)溫應(yīng)小于最大結(jié)溫的(0.5-0.8)倍對額定結(jié)溫為175°C的功率器件，工作結(jié)溫小于140°C.對額定結(jié)溫為150°C的功率器件，工作結(jié)溫小于120°C.對額定結(jié)溫為125°C的功率器件，工作結(jié)溫小于100°C.碳膜電阻120°C金屬膜電阻100°C壓制線繞電阻150°C涂剝線繞電阻225°C變壓器、扼流圈表面溫度A級90CB級110CF級150CH級180C電容器的表面溫度紙質(zhì)電容器75-85C電解電容器65-80C薄膜電容器75-85C云母電容器75-85C陶瓷電容器75-85C5.3系統(tǒng)的熱設(shè)計5.3.1常見系統(tǒng)的風(fēng)道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)風(fēng)道設(shè)計的一些基本原則：盡量采用直通風(fēng)道，避免氣流的轉(zhuǎn)彎。在氣流急劇轉(zhuǎn)彎的地方，應(yīng)采用導(dǎo)風(fēng)板使氣流逐漸轉(zhuǎn)向，使壓力損失達到最小?！霰M量避免驟然擴展和驟然收縮。進、出風(fēng)口盡量遠(yuǎn)離，防止氣流短路?！鲈跈C柜的面板、側(cè)板、后板沒有特別要求一般不要開通風(fēng)孔，防止氣流短路。

Srzadischargeopenings'■F:loasia&largcasLocatecomponentswithhighesthastdlssipatianLocatecomponentswithhighesthastdlssipatiannearoudetalri力〃〃//JAvoidhgt即q朝LbvsppIoom[withsmallfanAllowenoughfree-ar&aiouasswithvelocitylessthan7metnes\secAllowenoughfree-ar&aiouasswithvelocitylessthan7metn&s\secALocal魚BarnfananieAllowenoughfree-ar&aiouasswithvelocitylessthan7metnes\secAllowenoughfree-ar&aiouasswithvelocitylessthan7metn&s\secALocal魚BarnfananieWilhmofiltfiliulhmper0lur&陽nwltlFlRn&arinl^trLocal魚Barnfananiel&mperalureinlddrUbb.I旳礙fill#possible:Ubb.I旳礙fill#possible:alncr@asQdustcj陽口1)breduceprassuredropBlew-akintoobinettokeepdustout圖1系統(tǒng)布局要點示意圖為避免上游的熱量回流到下游，影響其散熱，可以采用獨立風(fēng)道，分開散熱。風(fēng)道設(shè)計應(yīng)保證系統(tǒng)各個區(qū)域散熱均勻，避免在回流區(qū)和低速區(qū)產(chǎn)生熱點。并聯(lián)風(fēng)道應(yīng)根據(jù)各風(fēng)道散熱量的要求分配風(fēng)量，避免風(fēng)道阻力不合理布局。要避免風(fēng)道的高低壓區(qū)的短路。最大損耗的元器件應(yīng)靠近出風(fēng)口。保證進、出風(fēng)口面積大于風(fēng)扇的通風(fēng)面積。保證空氣流通并能夠以較大的風(fēng)速流過較熱的區(qū)域。避免在兩個熱點之間用一個小風(fēng)扇來冷卻。溫度敏感的元器件應(yīng)盡量靠近風(fēng)扇入口。盡可能采用吹風(fēng)以防止灰塵聚積。盡可能采用空隙率較大的防塵網(wǎng)以減小阻力。高熱器件的位置要求如果不能消除SWIRL的影響，即無法保證流出風(fēng)扇框的流場是近似均勻的流場，則必須避免布置高熱器件在流場的旋渦區(qū)域，因為該區(qū)域風(fēng)速最小?！┑湫偷娘L(fēng)道結(jié)構(gòu)

風(fēng)道1最簡單的鼓風(fēng)風(fēng)道，由機柜底部進風(fēng)，可由機柜頂部出風(fēng)。如果要求防滴落，可在頂部加蓋板，側(cè)出風(fēng)，或頂部安裝金屬絲網(wǎng)?？拷L(fēng)扇的區(qū)域換熱效果最佳，由于風(fēng)道必然存在漏風(fēng)，而且離風(fēng)扇較遠(yuǎn)處流場分布已較均勻，所以上區(qū)域的風(fēng)速相對較低，換熱比較弱，而且下面區(qū)域的熱量將帶入上插框。風(fēng)道1最簡單的鼓風(fēng)風(fēng)道，由機柜底部進風(fēng)，可由機柜頂部出風(fēng)。如果要求防滴落，可在頂部加蓋板，側(cè)出風(fēng)，或頂部安裝金屬絲網(wǎng)?？拷L(fēng)扇的區(qū)域換熱效果最佳，由于風(fēng)道必然存在漏風(fēng)，而且離風(fēng)扇較遠(yuǎn)處流場分布已較均勻，所以上區(qū)域的風(fēng)速相對較低，換熱比較弱，而且下面區(qū)域的熱量將帶入上插框。風(fēng)道2最簡單的抽風(fēng)風(fēng)道，由機柜底部進風(fēng)。流場分布均勻，各區(qū)域換熱強度相差不大。但如果風(fēng)道中有較大的縫隙，，則會形成氣流部分短路,下面區(qū)域的通風(fēng)量將大大降低。下面區(qū)域的熱量依然被帶入上面的區(qū)域。機柜內(nèi)為負(fù)壓，灰塵將通過縫隙進入機柜。由于機柜內(nèi)為正壓，灰塵不會從縫隙進入機柜。風(fēng)道4風(fēng)扇框串聯(lián)風(fēng)道，適用于機柜風(fēng)阻較大的情況?？拷L(fēng)扇出風(fēng)口的部分換熱最強烈，但要注意風(fēng)扇的HUB附近將形成回流死區(qū)。中間插框由于上下風(fēng)扇串聯(lián)，氣流不能充分?jǐn)U插框獨立抽風(fēng)散熱風(fēng)道，適用于各框散熱量都比較大的情況，各插框散熱互不干擾。機柜由開孔前門進風(fēng)，頂插框可以上出風(fēng)，下面的插框后出風(fēng)。采用軸流風(fēng)扇時，出風(fēng)直接受阻擋，散，靠近拉手條和母板的部分風(fēng)速會比較低，宜將發(fā)熱元器件與熱敏元器件布于單板的中間。如果單板較深，根據(jù)需要在深度方向上可采用兩排風(fēng)扇。風(fēng)扇也可分別置于機柜的頂部和底部，但噪音將比置于插框間大。風(fēng)道5自然對流獨立散熱風(fēng)道，與風(fēng)道4類似，無風(fēng)扇，機柜出風(fēng)口在后門的頂部。插框進出風(fēng)口的大小根據(jù)發(fā)熱量和插框高度而定。機柜后面的風(fēng)道要求有足夠的寬度，根據(jù)具體設(shè)計而定。如果機柜中有的插框需要風(fēng)扇冷卻，有的插框自然散熱即可（如發(fā)熱量不大的電源模塊框），則采用獨立風(fēng)道的方式，結(jié)合風(fēng)道4與風(fēng)道5，均可滿足要求。這樣可以減少風(fēng)扇，降低噪音與成本。風(fēng)阻較大。如果機柜不宜做得較深，必須在后門開孔，并且機柜離墻有足夠的距離；如果機柜可以做得較深，可以在后門與母板間流出足夠?qū)挾鹊目臻g作為風(fēng)道，將風(fēng)從機柜頂部排出，由于風(fēng)道多次垂直轉(zhuǎn)彎，將形成較大的風(fēng)阻，宜在后風(fēng)道安裝導(dǎo)風(fēng)裝置或采用離心風(fēng)扇。注意，由于進風(fēng)為水平方向，單板的右上區(qū)（拉手條端）將形成回流區(qū)，此處不宜布置熱流量較高的元件和熱敏元件。r風(fēng)道6為LUCENT寬帶傳輸?shù)臋C柜風(fēng)道，與風(fēng)道4、5類似，插框獨立散熱。兩個子框采用鼓風(fēng)方式，最下面的插框自然散熱。風(fēng)扇斜放的角度盡量大于45°，避免風(fēng)扇進風(fēng)不利和產(chǎn)生較大的噪音。風(fēng)扇前面的斜板為防塵板，在這里安置防塵板，可以增加防塵面積，減小阻力，均化流場。如圖可見，采用鼓風(fēng)方式的獨立風(fēng)道將大大增加機柜高度。

風(fēng)道7為風(fēng)道6的改進版，將風(fēng)扇框與出風(fēng)口作為一體，可節(jié)省高度空間，斜板還有導(dǎo)風(fēng)作用。注意對于常用的直徑120的風(fēng)扇，標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)扇框的高度將達3U，比風(fēng)道4中的一體化風(fēng)扇框高1U，但局部散熱效果應(yīng)比風(fēng)道4的情況好,適用于散熱元器件比較集中且分布在風(fēng)量集中區(qū)域的情況。風(fēng)扇也可平放，高度可降低為2U,但噪音與進風(fēng)會受一定影響。風(fēng)道8利用斜擋板將上下風(fēng)道分為兩個部分獨立散熱，由于風(fēng)扇進出風(fēng)口沒有受到直接阻擋，其風(fēng)阻將比風(fēng)道4、7的情況要小，而且插框的流場均勻，無回流低速區(qū)?？筛鶕?jù)風(fēng)阻情況增加風(fēng)扇框。在富士通和三菱電機的寬帶CDMA樣機中均采用類似風(fēng)道結(jié)構(gòu)，但風(fēng)扇框直接放在進風(fēng)口上面，噪音會比較大，但鼓風(fēng)換熱強度高，這種方式進風(fēng)量會受一定影響。Ai-rfilterBottomSi?arrrodUle-*FrontfPtwersupplyshellK0AirH^iHUsI<—Uppercardcage<—MiddleusriJcageAiraKhauBlRear風(fēng)道9此為CISCO12016的系統(tǒng)風(fēng)道設(shè)計。頂框為電源框，自帶風(fēng)扇前后通風(fēng)。下面有三個插框，風(fēng)道的頂部與底部各有一個風(fēng)扇框，采用離心風(fēng)扇后排風(fēng)，風(fēng)扇的進風(fēng)口前有一定高度的靜壓腔使各單板送風(fēng)均勻。由中間插框的前面板進風(fēng)，裝有防塵網(wǎng)。這種風(fēng)道將上下框的散熱量分開，避免了熱量的疊加，直接利用插框高度作為進風(fēng)口，節(jié)省了機柜的高度空間。風(fēng)道10此為CISCO7513的系統(tǒng)風(fēng)道設(shè)計。底部為電源模塊，自帶風(fēng)扇前后通風(fēng)。頂部為離心風(fēng)扇，向單板區(qū)抽風(fēng)冷卻，由機箱后下方進風(fēng)，經(jīng)機箱前面深約200的風(fēng)道向前下方排出。CPX8216SideViewCPXB216SideView-hissidoviewofIhechassisshowshowtheairflowsinsidefheeTicfosure,風(fēng)道11MotorolaCPX8216機箱風(fēng)道。采用可變速軸流風(fēng)扇鼓風(fēng)，風(fēng)扇豎放，風(fēng)扇的出風(fēng)口處裝有導(dǎo)風(fēng)葉片，將氣流按系統(tǒng)熱量分布分為三個部分，一部分冷卻電源模塊，一部分冷卻后插單板部分和前插單板的后半部分，一部分冷卻前插單板靠近拉手條的發(fā)熱元器件。這種設(shè)計使結(jié)構(gòu)緊湊，風(fēng)量合理分配。風(fēng)道12這是典型的機箱通風(fēng)風(fēng)道設(shè)計，采用離心風(fēng)扇抽風(fēng)，向后排出，進風(fēng)口在機箱前下方。威圖和國外一些產(chǎn)品都采用這種風(fēng)道。我們目前掌握的離心風(fēng)扇資料中沒有合適的型號可用于這種設(shè)計，主要因為離心風(fēng)機的風(fēng)量過小，尺寸大，噪音也大。

風(fēng)道13風(fēng)道12中如果沒有合適的離心風(fēng)扇型號可選，可用軸流風(fēng)扇豎放代替，但風(fēng)扇模塊將占用較大高度空間。如果機箱高度有限制，可將風(fēng)扇平放，但風(fēng)扇出風(fēng)口上方還是得留有一定出風(fēng)空間，至少40mm，如風(fēng)道4中的風(fēng)扇框一樣，這種方式風(fēng)阻較大，對風(fēng)量有一定影響，需要采用較大尺寸風(fēng)扇。風(fēng)道14鼓風(fēng)式的機箱風(fēng)道設(shè)計在Motorola的一些產(chǎn)品中可以見到。鼓風(fēng)的換熱強度比抽風(fēng)時高，但送風(fēng)不均勻，在風(fēng)扇中心和風(fēng)扇之間都存在回流死區(qū)，要警惕