(完整版)散熱器設(shè)計(jì)的基本計(jì)算

1、散熱器設(shè)計(jì)的基本計(jì)算、概念1、熱路：由熱源出發(fā)，向外傳播熱量的路徑。在每個(gè)路徑上，必定經(jīng)過一些不同的介 質(zhì)，熱路中任何兩點(diǎn)之間的溫度差，都等于器件的功率乘以這兩點(diǎn)之間的熱阻，就 像電路中的歐姆定律，與電路等效關(guān)系如下。熱路電路熱耗P（W）電流Vabl(A)溫差T=T1T2(C)電壓Vab=VaVb(V)熱阻Rth=T/P(C/ W)電阻R=Mb/l(Q)熱阻串聯(lián)Rth=Rth1+Rth2+電阻串聯(lián)R=R+R2+熱阻并聯(lián)1/Rth=1/Rthi+1/Rth2+電阻并聯(lián)1/R=1/R1+1/R2+2、熱阻：在熱路中，各種介質(zhì)及接觸狀態(tài)，對(duì)熱量的傳遞表現(xiàn)出的不同阻礙作用一一 在熱路中產(chǎn)生溫度差，形成

2、對(duì)熱路中兩點(diǎn)間指標(biāo)性的評(píng)價(jià)。符號(hào)Rth單位C/Wo?穩(wěn)態(tài)熱傳遞的熱阻計(jì)算：Rth= （TiT2）/PTi熱源溫度（無其他熱源）C）T2導(dǎo)熱系統(tǒng)端點(diǎn)溫度（C）?熱路中材料熱阻的計(jì)算：Rth=L/（KS）L材料厚度（m）S傳熱接觸面積（m）3、 導(dǎo)熱率：是指當(dāng)溫度垂直向下梯度為1C/m時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過單位水平截面積所傳遞的熱量。符號(hào)K or入單位W/m-K，常用材料導(dǎo)熱率（20C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T1T4 :397氧化鋁陶瓷片佳日豐泰30黃銅30%Zn|109絕緣布矽膠片佳日豐泰1.6純鋁237導(dǎo)熱石墨片佳日

3、豐泰16垂直、熱設(shè)計(jì)的目標(biāo)1、 確保任何兀器件不超過其最大工作結(jié)溫（Tjmax）?推薦：器件選型時(shí)應(yīng)達(dá)到如下標(biāo)準(zhǔn)民用等級(jí) :TmaxW150C工業(yè)等級(jí)：TmaxW135C軍品等級(jí) :TmaxW125C航天等級(jí)：TmaxW105C?以電路設(shè)計(jì)提供的，來自于器件手冊(cè)的參數(shù)為設(shè)計(jì)目標(biāo)2、 溫升限值器件、內(nèi)部環(huán)境、外殼：TW60C器件每升高2C,可靠性下降10%;器件溫升為50C時(shí)，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(jì)算1）結(jié)溫計(jì)算?熱路分析鋁合金-.-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5.0

4、1.0鋁合金不銹鋼606170751601308017相變基膜佳日豐泰1.4矽硅膜導(dǎo)熱膏空氣鑫鑫順源KDS-2II aaa UB 0.90.840.04熱傳遞通道：管芯jf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(jì)算，故可省略RthjaRthjc+Rthcs+Rthsa（T結(jié)溫T環(huán)溫）/p?條件Rthjc器件手冊(cè)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(jié)溫一一器件手冊(cè)查詢（待計(jì)算數(shù)值）T環(huán)溫一一任務(wù)指標(biāo)中的工作環(huán)境要求P電路設(shè)計(jì)計(jì)算?計(jì)算T結(jié)溫=（Rthjc+Rthcs+Rthsa） P+T環(huán)

5、溫v手冊(cè)推薦結(jié)溫?注：注意單位統(tǒng)一；判定結(jié)溫溫升限值是否符合。2）散熱器熱阻計(jì)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(biāo)出，也可通過測(cè)試得出。?測(cè)試在被測(cè)散熱器上安裝一發(fā)熱器（or組）件,固定一個(gè)風(fēng)速（M/S）,測(cè)量進(jìn)、出風(fēng) 溫度，通過計(jì)算，得出該條件下的Rthsa。設(shè)定一組風(fēng)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(jìn)風(fēng)進(jìn)口溫度T出風(fēng)相同風(fēng)速下的出口溫度P電路設(shè)計(jì)計(jì)算的，發(fā)熱器（or組）件的功耗?計(jì)算Rthsa=（T出風(fēng)T進(jìn)風(fēng)）/P?注：亦可根據(jù)已有條件，如管芯的T和功耗，計(jì)算出所需散熱器的熱阻上限, 在熱阻曲線圖上選

6、用足夠尺寸的散熱器。2、共用同一散熱器（見右圖）?分析對(duì)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) PiT2=(Rthjc2+Rthcs2)P2熱路中，所有溫升之和加上環(huán)境溫度就是最大結(jié)溫，即：Tjmaxi= Ti+T散熱器+T環(huán)境Tj max2=Tj2+T散熱器+T環(huán)境?條件Pji電路設(shè)計(jì)計(jì)算Pj2電路設(shè)計(jì)計(jì)算Rthjci器件手冊(cè)查詢Rthjc2器件手冊(cè)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

7、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(wù)指標(biāo)中的工作環(huán)境要求?計(jì)算J1的最大結(jié)溫：Tmaxi=(Rthj ci+Rthcsi) P1+Rthsa (Rl+R2)+T環(huán)境J2的最大結(jié)溫：Tj max2=(Rthj c2+Rthcs2)p2+Rthsa (Ri+p2)+T環(huán)境?注： 判定計(jì)算出的最大結(jié)溫，是否小于手冊(cè)推薦結(jié)溫； 判定結(jié)溫溫升限值是否符合；注意計(jì)算時(shí)單位要統(tǒng)一。四、經(jīng)驗(yàn)1、熱路的分析和計(jì)算，由于影響因素較為復(fù)雜，可以忽略一些影響小的參數(shù)，來簡 化計(jì)算，但一定要注意影響趨勢(shì)的方向，是有利于傳熱的，可以作為設(shè)計(jì)余量儲(chǔ) 備，由于影響小，所以不會(huì)影響經(jīng)濟(jì)性。2、還是因?yàn)橛绊懸蛩貜?fù)雜，理論計(jì)算是設(shè)計(jì)指導(dǎo)，結(jié)果一定以試驗(yàn)結(jié)論判定，埋點(diǎn) 測(cè)溫是最有效的驗(yàn)證方式。3、電源的熱設(shè)計(jì)是和電路設(shè)計(jì)密不可分的，實(shí)際情況往往因?yàn)榭臻g問題，把散熱設(shè) 計(jì)到最大化，也就剛剛滿足需求，而熱路的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)來降低功耗，甚至和客戶討論如何給電