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(duì)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(duì)流下的散熱器，其放置方向并沒(méi)有硬性的規(guī)定，當(dāng)然仍然是要使冷卻空氣能通過(guò)散熱器葉片之間的溝道自由流動(dòng)為原則。 (一)自冷式熱設(shè)計(jì)公式由于散熱器裝上后會(huì)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(dòng)，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(guò)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(guò)

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(cè)，從中找出與電源模塊基板尺寸相當(dāng)?shù)摹⒃诤线m環(huán)境溫度及自然對(duì)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(wèn)的“煙囪效應(yīng)”利于熱對(duì)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(guó)產(chǎn)的叉指形散熱器型號(hào)為srz系列。國(guó)產(chǎn)的型材散熱器型號(hào)為xc系列、dxc系列、xsf系列等。表103和表104分別為國(guó)產(chǎn)型材散熱器和國(guó)產(chǎn)

3、叉指形散熱器的型號(hào)及其對(duì)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(duì)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(shì)。如手頭一時(shí)無(wú)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(zhǎng)方形時(shí)，長(zhǎng)、寬之比不得超過(guò)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(méi)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(duì)稱中心處。散熱板應(yīng)垂直放置，平放會(huì)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(lái)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(wèn)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(duì)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(shuō)在無(wú)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(duì)于一個(gè)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(gè)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(guò)獲得較小的系統(tǒng)尺寸來(lái)補(bǔ)償。值得注意的是：當(dāng)氣流速度大于7ms時(shí)，幾乎不會(huì)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(duì)流情況下，散熱器的選擇與自然對(duì)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(duì)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(duì)流特性。散熱器的強(qiáng)制對(duì)流特性是指散熱器到空氣間的熱阻和通過(guò)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(duì)流特性是指風(fēng)扇空氣流量與氣壓差的關(guān)系