散热器设计的基本计算

1、散热器设计的基本计算、概念1、热路：由热源出发，向外传播热量的路径。在每个路径上，必定经过一些不同的介 质，热路中任何两点之间的温度差，都等于器件的功率乘以这两点之间的热阻，就 像电路中的欧姆定律，与电路等效关系如下。热路电路热耗P （ W）电流 Vabl(A)温差 T=T1 T2 (C)电压 Vab=Va Vb ( V)热阻 Rth=T/P (C / W)电阻 R=Mb/l( Q)热阻串联 Rth=Rth1 + Rth2+电阻串联R=R+ R2+热阻并联 1/Rth=1/Rthi+ 1/Rth2+电阻并联1/R=1/R1+ 1/R2+2、热阻：在热路中，各种介质及接触状态，对热量的传递表现出

2、的不同阻碍作用一一 在热路中产生温度差，形成对热路中两点间指标性的评价。符号Rth单位C /Wo? 稳态热传递的热阻计算：Rth= （Ti T2）/PTi热源温度（无其他热源）C ）T2导热系统端点温度（C ）? 热路中材料热阻的计算：Rth=L/（K S）L材料厚度（m）s传热接触面积（m）3、 导热率：是指当温度垂直向下梯度为1C/m时，单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量。符号 K or入单位 W/m-K，常用材料导热率（20 C取上限值）W / m-K银:1!1429橡胶Rubber0.26纯铜401灌封硅胶TCS-2600.577紫铜T1 T4 :397氧化铝陶瓷片佳日丰泰30黄

3、铜30% Zn|109绝缘布矽胶片佳日丰泰1.6纯铝237导热石墨片佳日丰泰16垂直铝合金.10702261900平面铝合金1050209硅胶垫铝合金铝合金6063201矽胶套帽佳日丰泰i佳日丰泰5.01.0铝合金不锈钢606170751601308017相变基膜佳日丰泰1.4矽硅膜导热膏空气鑫鑫顺源KDS-2II aaa ub 0.90.840.04、热设计的目标1、确保任何兀器件不超过其最大工作结温（Tjmax）? 推荐：器件选型时应达到如下标准民用等级 : TmaxW 150 °C工业等级： TmaxW 135C军品等级 : TmaxW 125C航天等级： TmaxW 105C

4、? 以电路设计提供的，来自于器件手册的参数为设计目标2、温升限值器件、内部环境、外壳： TW 60 C器件每升高2 C,可靠性下降10%;器件温升为50C时，寿命只有温升25C的1/6 , 电解电容温升超过10C，寿命下降1/2。二、计算1）结温计算?热路分析热传递通道：管芯j f功率外壳cf散热器sf环境空气a注：因Rth:a较大，忽略不影响计算，故可省略Rthja Rthjc + Rthcs + Rthsa （T 结温T环温 ）/p? 条件Rthjc器件手册查询Rthcs材料热阻： Rh绝缘垫 =L 绝缘垫厚度 /（ K 绝缘垫 S绝缘垫接角虫c的面积）Rthsa散热器热阻曲线图查询T结温

5、一一器件手册查询（待计算数值）T环温一一任务指标中的工作环境要求P 电路设计计算? 计算T结温=（Rthjc + Rthcs+ Rthsa） P+ T环温v手册推荐结温? 注：注意单位统一；判定结温温升限值是否符合。2）散热器热阻计算（参见上图）散热器的热阻一般可在由厂家提供的热阻曲线上标出，也可通过测试得出。? 测试在被测散热器上安装一发热器（or组）件,固定一个风速（M/S）,测量进、出风 温度，通过计算，得出该条件下的 Rthsa。设定一组风速，得出的不同 Rthsa值, 绘制出该散热器的热阻曲线，不同长度的散热器，可得到不同的曲线。? 条件T进风进口温度T出风相同风速下的出口温度P电路

6、设计计算的，发热器（or组）件的功耗? 计算Rthsa=（ T 出风T进风 ）/ P? 注：亦可根据已有条件，如管芯的 T和功耗，计算出所需散热器的热阻上限, 在热阻曲线图上选用足够尺寸的散热器。2、共用同一散热器（见右图）? 分析对于散热器而言，总的传热功耗为:P 总=Pl + P2那么散热器的温升为： T 散热器=Rthsa ( Pl + P2)每只管子的传热路径中，热阻引起的温升为： Ti =( Rthci + Rthcsi) Pi T2 =( Rthjc2 + Rthcs2) P2热路中，所有温升之和加上环境温度就是最大结温，即：Tjmaxi = Ti + T 散热器 + T 环境Tj

7、 max2 = Tj2 + T 散热器 + T 环境? 条件Pji 电路设计计算Pj2 电路设计计算Rthjci器件手册查询Rthjc2器件手册查询Rthcsi材料热阻： Rth 绝缘垫 =L 绝缘垫厚度 ( K 绝缘垫 S绝缘垫接角虫c的面积)Rthcs2材料热阻： Rth 绝缘垫 =L 绝缘垫厚度 ( K 绝缘垫 S绝缘垫接角虫c的面积)Rthsa散热器热阻曲线图查询T 环境 任务指标中的工作环境要求? 计算J1 的最大结温：Tmaxi =( Rthj ci + Rthcsi) P 1 + Rthsa ( Rl + R 2)+ T 环境J2 的最大结温：Tj max2=( Rthj c2

8、+ Rthcs2) p2 + Rthsa ( Ri + p2)+ T 环境? 注： 判定计算出的最大结温，是否小于手册推荐结温； 判定结温温升限值是否符合；注意计算时单位要统一。四、经验1、热路的分析和计算，由于影响因素较为复杂，可以忽略一些影响小的参数，来简 化计算，但一定要注意影响趋势的方向，是有利于传热的，可以作为设计余量储 备，由于影响小，所以不会影响经济性。2、还是因为影响因素复杂，理论计算是设计指导，结果一定以试验结论判定，埋点 测温是最有效的验证方式。3、电源的热设计是和电路设计密不可分的，实际情况往往因为空间问题，把散热设 计到最大化，也就刚刚满足需求，而热路的设计只能截止到外壳，外壳(或散热 器)的温度怎么办？这就需要电路设计来降低功耗，甚至