兩種散熱方式設(shè)計(jì)原理及計(jì)算

1、兩種散熱方式設(shè)計(jì)原理及計(jì)算2008-3-10 15:10:000推薦 一、自冷式熱設(shè)計(jì)原理及計(jì)算在自然對流和輻射情況下，平板散熱器垂直安裝，型材散熱器溝道應(yīng)該是垂直的。葉片的表面應(yīng)該涂漆或處理以使其有良好的輻射率，例如鋁應(yīng)該進(jìn)行氧化處理。至于強(qiáng)制對流下的散熱器，其放置方向并沒有硬性的規(guī)定，當(dāng)然仍然是要使冷卻空氣能通過散熱器葉片之間的溝道自由流動為原則。 (一)自冷式熱設(shè)計(jì)公式由于散熱器裝上后會使熱阻大大減小，而熱量總是趨向于向熱阻最小的方向流動，因此當(dāng)電源模塊裝上散熱器后，可以認(rèn)為，電源模塊產(chǎn)生的熱量基本上都是通過散熱器而散發(fā)出去的。只有很少(小于10)的熱量是從電源模塊的外殼底板與側(cè)面壁通過

2、熱交換而散發(fā)出去的。由前面幾節(jié)的公式我們能求出電源模塊所消耗的熱量pd及模塊外殼與周圍流體(空氣)的溫差t。這樣散熱器所需要的熱阻rth為下面的任務(wù)就是查散熱器的產(chǎn)品目錄或手冊，從中找出與電源模塊基板尺寸相當(dāng)?shù)?、在合適環(huán)境溫度及自然對流與輻射下的熱阻值小于rth的散熱器即可。(二)常用散熱器熱阻常用的散熱器有平板散熱器、型材散熱器和叉指形散熱器等。又指形散熱器由于散熱叉指之問的“煙囪效應(yīng)”利于熱對流，所以在相同熱阻下，叉指形散熱器比其他散熱器體積小、重量輕。國產(chǎn)的叉指形散熱器型號為srz系列。國產(chǎn)的型材散熱器型號為xc系列、dxc系列、xsf系列等。表103和表104分別為國產(chǎn)型材散熱器和國產(chǎn)

3、叉指形散熱器的型號及其對應(yīng)的熱阻阻值表。從表103和表104可見，散熱器到環(huán)境的熱阻隨加到散熱器上的耗散功率pd值的增大而略有下降。這是因?yàn)楫?dāng)加于散熱器上的耗散功率pd增大時(shí)，散熱器上的溫升t也隨之增大。散熱器和環(huán)境之間的溫差一旦增大，散熱器的輻射散熱和對流散熱的散熱能力增強(qiáng)，所以其熱阻呈現(xiàn)略有下降的趨勢。如手頭一時(shí)無型材散熱器、叉指形散熱器而準(zhǔn)備采用鋁平板作為散熱器時(shí)，可查圖105、圖106散熱器的熱阻曲線圖，從中選擇符合要求的鋁平板散熱器的尺寸。(三)自冷散熱設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)1)從散熱效果看，散熱板制成正方形或圓盤形比較理想。若受加工條件或安裝位置的限制而必須制成長方形時(shí)，長、寬之比不得超過2

4、：1。2)散熱板與器件相接觸的表面應(yīng)保持光潔、平直(接觸面上的凸凹距離小于005mm)，沒有翹曲和銹蝕。散熱板要緊固在器件上，保證兩者緊密貼合。器件盡量安裝在散熱板的對稱中心處。散熱板應(yīng)垂直放置，平放會影響散熱效果。為改善散熱條件，最好在接觸面上涂一層導(dǎo)熱硅脂。3)假如要求散熱板與器件的金屬殼保持絕緣，需在兩者之間加一層云母襯墊，并在固定螺釘與器件金屬表面之間加上絕緣墊圈和絕緣套筒。加005mm厚的云母襯墊之后，ros約為18=w。此外，還可選聚酯薄膜、氮化硼瓷片等絕緣襯墊。4)散熱板應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電源變壓器、大功率晶體管等熱源。為提高散熱效率，通常把散熱板表面處理成黑色。5)以上是從熱傳導(dǎo)的角度

5、來設(shè)計(jì)散熱板的，鑒于集成電源工作時(shí)管殼溫度低于100，因此不必考慮熱輻射問題。二、風(fēng)冷式熱設(shè)計(jì)原理及計(jì)算在許多應(yīng)用系統(tǒng)中，即使是加裝了散熱器，也不能保證電源系統(tǒng)工作在規(guī)定的溫度之下。如果在這種情況下，電源的工作條件(如電氣條件、周圍流體溫度、周圍封閉壁的溫度、殼溫及放置方向等)也得不到很好的改善，那么只能選擇強(qiáng)制對流作為散熱方式。(一)根據(jù)風(fēng)速進(jìn)行散熱設(shè)計(jì) 1風(fēng)扇速度計(jì)算 風(fēng)扇速度可依據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：因?yàn)轱L(fēng)扇的參數(shù)一般是在自由空氣傳輸中標(biāo)定的，也就是說在無壓力的情況下進(jìn)行的。而在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，風(fēng)扇往往要承受系統(tǒng)給予的回壓阻力。而這種壓力與很多因素有關(guān)，很難確定其大小。為此，為了補(bǔ)償這種壓力差

6、的影響，一般要將選用的風(fēng)扇參數(shù)降額6080使用。2風(fēng)冷情況下散熱器選擇 實(shí)際上對于一個特定的系統(tǒng)而言，可有各種散熱器解決方案，你可以選擇一個氣流速度較大條件下的小散熱器，也可以選擇在氣流速度較小環(huán)境下工作的大散熱器。氣流速度越高，由風(fēng)扇產(chǎn)生的噪聲越大，但這些缺點(diǎn)可以通過獲得較小的系統(tǒng)尺寸來補(bǔ)償。值得注意的是：當(dāng)氣流速度大于7ms時(shí)，幾乎不會再加強(qiáng)冷卻效果。當(dāng)系統(tǒng)中電源是惟一需要散熱的設(shè)備時(shí)，也可以選用帶風(fēng)扇的散熱器。在強(qiáng)制對流情況下，散熱器的選擇與自然對流情況下的散熱器的選擇其方法是類似的。雖然流體(空氣)溫度對決定需要多大的熱阻很重要，但不是選擇散熱器的主要因素，只有氣流速度才是選擇散熱器(與基板尺寸相匹配的散熱器)熱(二)根據(jù)壓差流量進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)根據(jù)壓差流量進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)時(shí)，需要知道散熱器和風(fēng)扇的強(qiáng)制對流特性。散熱器的強(qiáng)制對流特性是指散熱器到空氣間的熱阻和通過散熱器后的氣壓差與空氣流量的關(guān)系；風(fēng)扇的強(qiáng)制對流特性是指風(fēng)扇空氣流量與氣壓差的關(guān)系