風(fēng)冷散熱設(shè)計專題

1、風(fēng)冷散熱設(shè)計專題風(fēng)冷散熱原理：散熱片的核心是同散熱片底座緊密接觸的因此芯片表面發(fā)出的熱址就會通過熱傳導(dǎo)傳到散熱片上再由 風(fēng)扇轉(zhuǎn)動所造成的氣流將熱址“吹走”，如此循環(huán)便是處理器散熱的簡單過程。散熱片材料的比較：現(xiàn)在市面上的散熱風(fēng)扇所使用的散熱片材料一般都是鋁合金，只有極少數(shù)是使用其他材料。學(xué)過物理 的人應(yīng)該都知道鋁導(dǎo)熱性并不是最好的，從效果來看最好的應(yīng)該是鍥，接下來是純銅，緊接著才會是鋁。 但是前兩種材料的價格比較貴如果用來作散熱片成木不好控制。使用鋁業(yè)也有很多優(yōu)點比如重址比較 輕，可塑性比較好。因此兼顧導(dǎo)熱性和其他方面使用鋁就成為了主更的散熱材料C不過我們使用的散熱片 沒有百分之百純鋁的產(chǎn)品，

2、因為純鋁太過柔軟，如果想做成散熱片一般都會加入少雖的其他金屈成為鋁 合金（得到更好的換度）。風(fēng)扇：也是有了一個好的散熱片，而不加風(fēng)扇.就算表面枳再大，也沒有用！因為無法同空氣進(jìn)行 完全的流通.散熱效果肯定會大打折扣。從這個來看，風(fēng)扇的效果有時甚至比散熱片還重要。假如沒有好 的風(fēng)扇，則散熱片表而枳大的特點便無法充分展現(xiàn)出來。挑選風(fēng)扇的宗旨就是，風(fēng)扇吹出來的風(fēng)越強(qiáng)勁越 好。風(fēng)扇吹出來的風(fēng)力越強(qiáng).空氣流動的速度越快散熱效果同樣也就越好。耍判斷風(fēng)扇是否夠強(qiáng)勁.轉(zhuǎn) 速是一個重要的依據(jù)C轉(zhuǎn)速越快.風(fēng)就越強(qiáng)，簡單看功率的大小。軸承：市而上用的軸承一般有兩種，滾珠軸承和含油軸承滾珠軸承比含油軸承好聲音小、壽命

3、 長。但是滾珠軸承的設(shè)汁比較難，其中一個工藝是偵壓，是指將滾珠固定到軸承套中的過程，這要求滾珠 與軸承套表面結(jié)合緊密，沒有間隙.以使鋼珠磨損度最小。通常在國內(nèi)廠家軸承制造中，預(yù)壓前上下軸承 套是正對的，閃為鋼珠尺寸與軸承套尺寸肯定會存在一定誤差所以在預(yù)壓受力后，滾珠同軸承套之間總 有5-10微米的間隙，就是這個間隙使得軸承的老化磨損程度大大増加使用壽命縮短。同樣過程.在 NSK公司的軸承制造中.預(yù)斥時上下軸承套的會有一個5微米左右的相對距離這樣軸承套在受壓后就會 緊緊的卡住滾珠.使其間的間隙減小為零，在風(fēng)扇L作中，滾珠就不會有跳動.從而使磨損降至最小，保 證風(fēng)扇暢通且長久商速運轉(zhuǎn)。強(qiáng)迫風(fēng)冷設(shè)計

4、、”I自然風(fēng)冷不能解決問題時.需要用強(qiáng)迫空氣冷卻，即強(qiáng)迫風(fēng)冷。強(qiáng)迫風(fēng)冷是利用風(fēng)機(jī)進(jìn)行鼓風(fēng)或抽風(fēng).提島設(shè)備的空氣流動速度.達(dá)到散熱目的。強(qiáng)迫風(fēng)冷在中大功率的電子設(shè)備中應(yīng)用廣泛 I大1 為它具有比自然風(fēng)冷女幾倍的熱轉(zhuǎn)移能力。與其他形勢強(qiáng)迫風(fēng)冷比較有結(jié)構(gòu)簡單，費用低維護(hù)簡便等優(yōu) 點。整機(jī)強(qiáng)迫風(fēng)冷有兩種形式：鼓風(fēng)冷卻和抽風(fēng)冷卻。鼓風(fēng)冷卻特點是風(fēng)壓大，風(fēng)雖集中。適用于單元內(nèi)熱雖分布不均勻，風(fēng)阻較大而元器件較多的情況。T單 元內(nèi)風(fēng)阻較大需要單獨冷卻的元件和熱敏元件較女，且各單元間熱損相差有較大時.建議用鳳管冷卻， 以便控制各訊元風(fēng)雖的需婆。、“I旨在機(jī)柜底層具有風(fēng)阻較大元件.中上層五熱敬元件的悄況下.建議

5、用無 風(fēng)管形式來降低成木C抽風(fēng)冷卻特點是風(fēng)雖大，風(fēng)壓小，風(fēng)雖分布比較均勻，在強(qiáng)迫風(fēng)冷中應(yīng)用更廣泛。他也可分為有管道和無 管道兩種情況。對無管道的機(jī)框抽風(fēng).整個機(jī)框相、|于一個大風(fēng)管，要求機(jī)柜四周密封好側(cè)壁也不應(yīng)開空，只允許 有進(jìn)出風(fēng)口，考慮熱空氣上升.抽風(fēng)機(jī)常裝在機(jī)框上部或頂部，出風(fēng)口面對大氣，進(jìn)風(fēng)口裝在機(jī)柜底部， 這種無管道風(fēng)冷方式常用于機(jī)柜內(nèi)各元件冷卻表面風(fēng)阻較小的設(shè)備C對于在氣流上升部位又熱敏元件或不 耐熱元件則婆必須用風(fēng)管使氣流腮開，并沿需要的方向流動.其進(jìn)風(fēng)口通常在機(jī)框側(cè)面.出風(fēng)口在機(jī)柜頂 部。對某些發(fā)熱較大的功率管，整流管等器件可以爪獨風(fēng)冷或用管道風(fēng)冷。由于在強(qiáng)迫風(fēng)冷時灰塵，油霧水

6、蒸氣和煙等會被氣流帶進(jìn)設(shè)備而滋生內(nèi)部污染以及如何提商制冷效果 等，因此.在進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷設(shè)計時，應(yīng)遵循以下基木要求：1強(qiáng)迫空氣的流動方向應(yīng)于自然對流空氣的流動方向盡址一致。2在氣流通道上，應(yīng)盡雖減小阻力.并避免大型元器件阻塞奇AO 將氣流合理分配給給的元和元器 件。使所有元器件部件都能順利冷卻并使其諫緣陀詼瞳萬露認(rèn)鹿懇關(guān) 衫 梅至骸 偷髡 簾苯恿補(bǔ)仍？3要合理排列元器件，應(yīng)盡可能把不發(fā)熱與發(fā)熱小的和耐熱性能低的及熱敬的元件排在冷空氣的上游 （靠近進(jìn)風(fēng)口），其氽元件盡雖按他們的溫度商低以遞増的順序排列，對那些發(fā)熱雖大而導(dǎo)熱性差的器件必 須暴露在冷卻空氣中必要時進(jìn)行單獨冷卻C4在不影響電性能的前提下

7、，將發(fā)熱址大的元器件集中在一起排列，并與其他元器件熱絕緣，這樣可 以減少風(fēng)雖，風(fēng)樂.而減少風(fēng)機(jī)功率。5贈機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)的近出風(fēng)口應(yīng)盡址遠(yuǎn)離，要避免氣流短路.且入口空氣溫度與出口溫度之差一般不要 超過M度。6用于冷卻電子設(shè)備內(nèi)部元器件的空氣，必須經(jīng)過過濾.要安裝防塵口。7在濕熱環(huán)境下.為避免潮濕空氣對元器件直接影響可采用空芯印制板組裝結(jié)構(gòu)。8為保證通風(fēng)系統(tǒng)安全可靠1：作，必要時要在冷卻系統(tǒng)中社控制保護(hù)裝直。9.應(yīng)盡雖減少強(qiáng)迫風(fēng)冷系統(tǒng)的氣流噪聲和風(fēng)機(jī)的噪聲C10.通風(fēng)孔應(yīng)滿足電磁兼容性及安全性要求。11在一些大型電子設(shè)備中為提島電子線路對電磁T擾的屏蔽能力常將多塊印制板在一個用金屈板構(gòu)成 的密封小盒內(nèi)

8、讓元件產(chǎn)生的熱量通過盒內(nèi)的對流傳導(dǎo)，和輻射傳給盒壁，再有盒壁傳給冷卻空氣把熱12. qI機(jī)柜或機(jī)箱內(nèi)有女塊卬制板平行排列時.印制板的間距不宜相差太大，否則.氣流將直接從間距大 的地方流過，而降低對其印制板的冷卻效果C13再強(qiáng)迫風(fēng)冷冷卻的設(shè)計中，正確選擇風(fēng)機(jī)很重要。風(fēng)機(jī)有離心式和軸流式，其中離心式風(fēng)機(jī)特點是風(fēng) 壓風(fēng)雖集中，風(fēng)量?。狠S流式風(fēng)機(jī)是風(fēng)壓小風(fēng)址大。選擇風(fēng)機(jī)時要根據(jù)空氣流址，風(fēng)樂大小風(fēng)道 的阻力特性，體積，重雖和噪聲等等進(jìn)行綜合分析。有關(guān)強(qiáng)迫風(fēng)冷方而的一些看法:IX風(fēng)機(jī)的先擇：選擇風(fēng)機(jī)時，應(yīng)考慮的因素包括：風(fēng)址.風(fēng)斥.效率，空氣流速，系統(tǒng)或風(fēng)道的阻力特性. 應(yīng)用環(huán)境條件噪聲，以及體積，重址

9、等，其中風(fēng)址和風(fēng)壓是主要參數(shù)要求風(fēng)址大，風(fēng)圧低的設(shè)備盡 雖:采用軸流式風(fēng)機(jī)，（反之，則選用離心式風(fēng)機(jī)）：所選風(fēng)機(jī)的風(fēng)雖或風(fēng)斥不能滿足要求時，可以采用串聯(lián) 或并聯(lián)的方式來滿足要求。2、風(fēng)機(jī)的安裝：扎外殼進(jìn)風(fēng)孔（或出風(fēng)孔）的總面枳婆不小于風(fēng)機(jī)總的通風(fēng)面積：B, 風(fēng)機(jī)不論是抽 風(fēng)還是鼓風(fēng)，安裝時都最好不要直接貼裝在開孔的鍛金上：3、風(fēng)道的設(shè)計：風(fēng)道要短而直拐彎要少：在結(jié)構(gòu)尺寸不受影響時.増大風(fēng)道面積可減小壓力損失，同時 可降低風(fēng)機(jī)的噪聲：十風(fēng)道進(jìn)口需要安裝防塵時，在防塵的效果和流體阻力之間要權(quán)衡：元件應(yīng)按叉排列 方式.這樣可以提商氣流的紊流程度増強(qiáng)散熱能力。風(fēng)路設(shè)計方法V自然冷卻的風(fēng)路設(shè)計0設(shè)計婆點

10、U機(jī)柜的后門（面板不須開通風(fēng)口。U底部或側(cè)面不能漏風(fēng)。U應(yīng)保證模塊后端與機(jī)柜后而門之間有足夠的空間。U機(jī)柜上部的監(jiān)控及配電不能阻塞風(fēng)道，應(yīng)保證上下具有大致相等的空間。U對散熱器采用直齒的結(jié)構(gòu),模塊放在機(jī)柜機(jī)架上后,應(yīng)保證散熱器垂直放宜,即齒椚應(yīng)垂直于水平啲。對散熱器采用斜齒的結(jié)構(gòu),除每個模塊機(jī)箱前血板應(yīng)開通風(fēng)口外,在機(jī)柜的前面板也應(yīng)開通風(fēng)口。風(fēng)路設(shè)計方法V自然冷卻的風(fēng)路設(shè)計0設(shè)訃案例風(fēng)路設(shè)計方法V自然冷卻的風(fēng)路設(shè)計0典型的自然冷機(jī)柜風(fēng)道結(jié)構(gòu)形式風(fēng)路設(shè)計方法V強(qiáng)迫冷卻的風(fēng)路設(shè)計0設(shè)計要點U如果發(fā)熱分布均勻，元器件的間距應(yīng)均勻，以使風(fēng)均勻流過每一個發(fā)熱源.U如果發(fā)熱分布不均勻在發(fā)熱量大的區(qū)域元器件

11、應(yīng)稀疏排列，而發(fā)熱址小的區(qū)域元器件布局應(yīng)稍密些， 或加導(dǎo)流條，以使風(fēng)能有效的流到關(guān)鍵發(fā)熱器件。U如果風(fēng)扇同時冷卻散熱器及模塊內(nèi)部的其它發(fā)熱器件.應(yīng)在模塊內(nèi)部采用阻流方法，使大部分的風(fēng)雖流 入散熱器。U進(jìn)風(fēng)口的結(jié)構(gòu)設(shè)訃原則：一方面盡量使其對氣流的阻力最小，另一方面要考慮防塵，需綜合考慮二者的影響。U風(fēng)道的設(shè)計原則風(fēng)道盡可能短，縮短管道長度可以降低風(fēng)道阻力：盡可能采用直的錐形風(fēng)道，直管加丄容易，局部阻力?。猴L(fēng)道的截面尺寸和出口形狀，風(fēng)道的截面尺寸最好和風(fēng)扇的出口一致以避免因變換截面而増加阻力損失，截而形狀可為園形.也可以是正方形或長方形：風(fēng)路設(shè)計方法V強(qiáng)迫冷卻的風(fēng)路設(shè)計 所以一般情況下，建議自然冷

12、卻的散熱器齒間距大于12如果散熱器齒r低于IOmm.可按齒間距1.2倍齒商來確定散熱器的齒間距C0自然冷卻散熱器表而的換熱能力較弱，在散熱齒表而増加波紋不會對自然對流效果產(chǎn)生太大的影響.所 以建議散熱齒表面不加波紋齒。0自然對流的散熱器表面一般采用發(fā)黑處理以増大散熱表面的輻射系數(shù)強(qiáng)化輻射換熱。0由于自然對流達(dá)到熱平衡的時間較長，所以自然對流散熱器的基板及齒甲應(yīng)足夠以抗擊瞬時熱負(fù)荷的沖擊建議大于5mm以上。散熱器的設(shè)計方法V強(qiáng)迫冷卻散熱器的設(shè)訃方法0在散熱器表面加波紋齒.波紋齒的深度一般應(yīng)小于0.5.,0増加散熱器的齒片數(shù)。目前國際上先進(jìn)的擠圧設(shè)備及I：藝已能夠達(dá)到23的崗寬比，國內(nèi)目前r寬比最大 只能達(dá)到8。對能夠提供足夠的集中風(fēng)冷的場合建議采用低溫真空釬焊成型的冷板其齒間距昴小可到 2CUDo0采用針狀齒的設(shè)汁方式，増加流體的擾動.提拓散熱齒間的對流換熱系數(shù)。0十風(fēng)速大于1 ms(200CFM)時，可完全忽略浮升力對表Ini換熱的影響。散熱器的設(shè)計方法V在一定冷卻條件下，所需散熱湍的體積熱阻大小的選取方法散熱器的設(shè)計方法V在