暖通工程之散热器设计及计算方法

1、暖通工程之散热器设计及计算方法 一、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。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的不同阻碍作用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/W。-稳态热传递的热阻计算:Rth=(T1T2)/PT1热源温度无其他热源)T2导热系统端点温度)-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m2)3、导热率：是指当温度垂直向下梯度为1/m时，单位时间

2、内通过单位水平截面积所传递的热量。符号Korλ单位Wm-K，二、热设计的目标1、确保任何元器件不超过其最大工作结温Tjmax推荐：器件选型时应到达如下标准民用等级：Tjmax≤150工业等级：Tjmax≤135军品等级：Tjmax≤125航天等级：Tjmax≤105以电路设计提供的，可靠性下降10；器件温升为50时，寿命只有温升25的1/6，电解电容温升超过10，寿命下降1/2。三、计算1、TO220封装散热器-结温计算-热路分析热传递通道：管芯j→功率外壳c→散热器s&r

3、arr;环境空气a注：因Rthca较大，忽略不影响计算，故可省略。Rthja≈RthjcRthcsRthsa≈(T结温T环温)/P-条件Rthjc器件手册查询Rthcs材料热阻：Rth绝缘垫=L绝缘垫厚度K绝缘垫-S绝缘垫接触c的面积Rthsa散热器热阻曲线图查询T结温器件手册查询待计算数值T环温任务指标中的工作环境要求P电路设计计算-计算T结温RthjcRthcsRthsa-PT环温手册推荐结温-注：注意单位统一；判定结温温升限值是否符合。-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

4、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电路设计计算的，发热器or组件的功耗-计算RthsaT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、共用同一散热器见以下列图-分析对于散热器而言，总的传热功耗为：P总Pj1Pj2那么散热器的温升为：T散热器Rthsa-Pj1Pj2每只管子的传热路径中，热阻引起的温升为Tj1Rthjc

5、1Rthcs1-Pj1Tj2Rthjc2Rthcs2-Pj2热路中，所有温升之和加上环境温度就是最大结温，即Tjmax1Tj1T散热器T环境Tjmax2Tj2T散热器T环境-条件Pj1电路设计计算Pj2电路设计计算Rthjc1器件手册查询Rthjc2器件手册查询Rthcs1材料热阻：Rth绝缘垫=L绝缘垫厚度K绝缘垫-S绝缘垫接触c的面积Rthcs2材料热阻：Rth绝缘垫=L绝缘垫厚度K绝缘垫-S绝缘垫接触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：Tjmax1Rthjc1Rthcs1-Pj1Rthsa-Pj1Pj2T环境J2的最大结温：Tjmax

6、2Rthjc2Rthcs2-Pj2Rthsa-Pj1Pj2T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。-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藏，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，甚至和客户讨论如何给电源散热，这就需要我们是否能提的出所有计算