散热器的选型与计算

1、精品文档1欢迎。下载1散热器的选型与计算以7805为例说明问题.设I=350mA,Vin=12V,则耗散功率Pd=(12V-5V)*0.35A=2.45W按照TO-220封装的热阻BJA=54C/W,温升是132C,设室温25C,那 么将会达到7805的热保护点150C,7805会断开输出.正确的设计方法是:首先确定最高的环境温度，比如60C,查出7805的最高结温TJMAX=12&,那么允许的温升是65C.要求的热阻是65C/2.45W=26C/W.再查7805的热阻,TO-220封装的热阻BJA=54C/W,均高于要求值,都不能使用,所以都必须加散热片,资料里讲到加散热 片的时候，

2、应该加上4C/W的壳到散热片的热阻.计算散热 片 应 该具有的 热阻 也很简单,与电阻的 并联一样,即54/x=26,x=50C/W.其实这个值非常大，只要是个散热片即可满足.散热器的计算:总热阻RQj-a=(Tjmax-Ta)/PdTjmax :芯组最大结温150CTa :环境温度85CPd :芯组最大功耗Pd入功率-输出功率=24X0.75+(-24)X(-0.25)-9.8X0.25X2精品文档1欢迎。下载2=5.5C/W总热阻由两部分构成,其一是管芯到环境的热阻RQj-a,其中包括结壳 热阻RQj-C和管壳到环境的热阻RQC-a其二是散热器热阻RQd-a,两 者并 联构 成 总 热 阻

3、.管 芯 到 环 境 的 热 阻 经 查 手册 知RQj-C=1.0RQC-a=36那么散热器热阻RQd-a应64散热器热阻RQd-a=(10/kd)1/2+650/AC其中k:导热率 铝为2.08d:散热器厚度cmA:散热器面积cm2C:修正因子取1按现有散热器考虑,d=1.0A=17.6x7+17.6x1X13算得散热器热阻RQd-a=4.1C/W,散热器选择及散热计算 目前的电子产品主要采用贴片式封装器件， 但大功率器件及一些功率 模块仍然有不少用穿孔式封装，这主要是可方便地安装在散热器上，便于散热。 进行大功率器件及功率模块的散热计算，其目的是在确定 的散热条件下选择合适的散热器， 以

4、保证器件或模块安全、 可靠地工 作。散热计算任何器件在工作时都有一定的损耗， 大部分的损耗变成热量。 小 功率器件损耗小，无需散热装置。而大功率器件损耗大，若不采取散 热措施，则管芯的温度可达到或超过允许的结温，器件将受到损坏。 因此必须加散热装置， 最常用的精品文档1欢迎。下载3就是将功率器件安装在散热器上， 利 用散热器将热量散到周围空间， 必要时再加上散热风扇， 以一定的风 速加强冷却散热。 在某些大型设备的功率器件上还采用流动冷水冷却 板，它有更好的散热效果。散热计算就是在一定的工作条件下，通过 计算来确定合适的散热措施及散热器。 功率器件安装在散热器上。 它 的主要热流方向是由管芯传

5、到器件的底部， 经散热器将热量散到周围 空间。若没有风扇以一定风速冷却， 这称为自然冷却或自然对流散热。热量在传递过程有一定热阻。 由器件管芯传到器件底部的热阻为RJC器件底部与散热器之间的热阻为RCS散热器将热量散到周围空间的热阻为RSA总的热阻RJA二RJC+RCS+RSA若器件的最大功 率损耗为PD并已知器件允许的结温为TJ、环境温度为TA,可以按 下式求出允许的总热阻RJA。RJAC (TJ-TA)/PD则计算最大允许的散热器到环境温度的热阻RSA为RSAC (T_J-T_AoverP_D)-(RJC+RCS)出于为设计留有余地的考虑，一般设TJ为125C。环境温度也要考 虑较坏的情况

6、，一般设TA=40C 60C。RJC的大小与管芯的尺寸封装 结构有关，一般可以从器件的数据资料中找到。RCS的大小与安装技 术及器件的封装有关。 如果器件采用导热油脂或导热垫后， 再与散热 器安装，其RCS典型值为0.10.2C/W;若器件底面不绝缘，需要另外 加云母片绝缘，则其RCS可达1CW PD为实际的最大损耗功率，可 根据不同器件的工作条件计算而得。这样，RSA可以计算精品文档1欢迎。下载4出来，根据 计算的RSA直可选合适的散热器了。散热器简介小型散热器（或称散热片）由铝合金板料经冲压工艺及表面处理 制成，而大型散热器由铝合金挤压形成型材， 再经机械加工及表面处 理制成。它们有各种形

7、状及尺寸供不同器件安装及不同功耗的器件选 用。散热器一般是标准件， 也可提供型材，由用户根据要求切割成一 定长度而制成非标准的散热器。 散热器的表面处理有电泳涂漆或黑色 氧极化处理， 其目的是提高散热效率及绝缘性能。 在自然冷却下可提 高10-15%，在通风冷却下可提高3%，电泳涂漆可耐压500800V。散热器厂家对不同型号的散热器给出热阻值或给出有关曲线， 并 且给出在不同散热条件下的不同热阻值。计算实例一功率运算放大器PA02（APEX公司产品）作低频功放，其电路如 图1所示。 器件为8引脚TO-3金属外壳封装。 器件工作条件如下:工作电压VS为18V;负载阻抗RL为4,工作频率直流条件下

8、可到5kHz,环境温度设为40C， 采用自然冷却。查PA02器件资料可知：静态电流IQ典型值为27mA最大值为40mA器件的RJC（从管芯到外壳）典型值为2.4C/W,最大值为2.6C/W。器件的功耗为PD：PD=PDQ+PDOUT式中PDQ为器件内部电路的功耗，PDOUT为输出功率的功耗。PDQ=IQ(VS+|-VS|),PDOUT二V2_S/4RL代入上式精品文档1欢迎。下载5PD=IQ(VS+|-VS|)+VA2_S/4RL=37mA(36V)+18V2/44=21.6W式中静态电流取37mA。散热器热阻RSA计算:RSA(T_J-T_AoverP_D)-(R_JC+R_CS)为留有余量

9、，TJ设125C,TA设为40C,RJC取最大值(RJC=2.6C/W),RCS取0.2C/W, (PA02直接安装在散热器上，中 间有导热油脂)。将上述数据代入公式得RSAC 125C-40Cover21.6W-(2.6C/W+0.2C/W)Pc时则能满足要求。精品文档6欢迎下载10四，估算散热器表面积：由Q=HA( T1-T2)结合修正系数推得：S = 0.86W/(T*a)(平方米)式中T散热器温度与周围环境温度(Ta)之差(C)；a(h)换热系数，是由空气的物理性质及空气流速决定的。a的值可以表示为：a= Nu*入/L式中入 热电导率由空气的物理性质决定；L散热器高度；N空气流速系数。

10、Nu值由下式决定Nu = 0.664* (V/V1)A(1/2)*PrA(1/3)式中V动黏性系数，是空气的物理性质；V1散热器表面的空气流速；Pr-参数(见下表)。温度t/C动黏性系数热电导率Pr精品文档10欢。迎下载1100.1380.02070.72精品文档10欢。迎下载12200.1560.02210.71400.1750.02340.71600.1960.02470.71800.2170.02600.701000.2300.02720.701200.2620.02850.70五，计算阻力压降：计算流经散热器阻力压降：在算出换热系数h(a)之后，根据预选的散热器表面的空气流速V,计算流

11、经散热器的空气阻力压降：P=f*(L/D)*(1/2)*(pV2)式中：P 沿程压力损失，Pa;精品文档10欢。迎下载13V 空气平均流速，m/s；f 沿程阻力系数；P空气密度，kg/m3;L 沿程长度，m；D 当量直径，m（D=4散热器截面面积/截 面周长）。*六，计算流量：计算流经散热器流量Q=AV式中Q-流量A-风量流经散热器截面积V-风量流经散热器风速七，风扇选择：根据计算获得的Q和AP,选择风扇PQ曲线内包含0与厶P点即可。精品文档14迎下载14H 1风扇PQ曲线I、H、皿三条曲线分别代表不同系统的特性曲线。系统特性曲线与 风扇的特性曲线的交点就是该风扇的工作点，推荐系统工作在C点,

12、低阻力工作点。芯片散热的热传导计算技术分类： 微处理器与DSP消费电子设计| 2006-12-04来源：电子产品世界|作者：3M中国有限公司北京技术中心 方科精品文档15。迎下载15式中：Z为导热材料的热阻抗，A为传热面积。芯片的工作温度T2为：T2=T1+PXR(6)式中：T1为空气温度；P为芯片的发热功率；R为热 传导过程的总热阻。芯片的热阻和功率可以从芯片和散热器的技术规 格中获得，散热器的热阻可以从散热器的技术规格中得到，从而可以计算出芯片的工作温度T2。实例下面通过一个实例来计算芯片的工作温度。芯片的热 阻为1.75C/W,功率为5W最高工作温度为90C,散热器热阻为1.5C/W,导热材料的热阻抗Z为5.8Ccm2/VV导热材料的传热面积为5cm2周围环境温度为50C。导热材料理论热阻R4为：R4=Z/A=5.8 (C cm2/W)/5(cm2)=1.16C/W(7)由于导热材料同芯片和散热器之间不可能达到100%的结合，会存在一些空气间隙，因此导热材料的实际热阻要大于理论 热阻。假定导热材料同芯片和散热器之间的结合面积为总面积的60%,则实际热阻R3为：R3=R4/60%= 1.93C/W(8)精品文档14迎下载16总热阻R为：R=R1+R2+R3=5.18C/W(9)芯片的工作温度T2为：T2=T1+PXR=50 C +(5WX5.18C/W)=75.9C(