散热器设计的基本计算

Word版本，下载可自由编辑散热器设计的基本计算一、概念

1、热路：由热源动身，向外传扬热量的路径。在每个路径上，必然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妨碍作用——在热路中产生温度差,形成对热路中两点间指标性的评价。

•稳态热传递的热阻计算:Rth=(T1－T2)/P

T1——热源温度

•推举：器件选型时应达到如下标准民用等级：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，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：△T≤60℃

器件每上升2℃，牢靠性下降10％；器件温升为50℃时，寿命惟独温升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→环境空气a

注：因Rthca较大，忽视不影响计算，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：Rth绝缘垫=L绝缘垫厚度／

Rthsa——散热器热阻曲线图查询

T结温——器件手册查询

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＝•P＋T环温＜手册推举结温

•注：注重单位统一；判定结温温升限值是否符合。

•散热器热阻计算

散热器的热阻普通可在由厂家提供的热阻曲线上标出，也可利用测试得出。

•测试

在被测散热器上安装一发热器件,固定一个风速，测量进、出风温度，利用计算，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，发热器件的功耗

•计算Rthsa＝／P

•注：亦可按照已有条件，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

•分析

对于散热器而言，总的传热功耗为：

P总＝Pj1＋Pj2

那么散热器的温升为：

△T散热器＝Rthsa•

每只管子的传热路径中，热阻引起的温升为

△Tj1＝•Pj1△Tj2＝•Pj2

热路中，全部温升之和加上环境温度就是最大结温，即

Tjmax1＝△Tj1＋△T散热器＋T环境

Tjmax2＝△Tj2＋△T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／

Rthcs2——材料热阻：Rth绝缘垫=L绝缘垫厚度／

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：Tjmax1＝•Pj1＋Rthsa•＋T环境

J2的最大结温：Tjmax2＝•Pj2＋Rthsa•＋T环境

•注：判定计算出的最大结温，是否小于手册推举结温；判定结温温升限值是否符合；注重计算时单位要统一。

•阅历

1、热路的分析和计算，因为影响因素较为复杂，可以忽视一些影响小的参数，来简化计算，但一定要注重影响趋势的方向，是有利于传热的，可以作为设计余量储备，因为影响小，所以不会影响经济性。

2、还是由于影响因素复杂，理论计算是设计指导，结果一定以实验结论判定，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行分的，实际状况往往由于空间问题，把散热设计到最大化，也就刚刚满足需求，郭鹏学暖通而热路的设计只能截止到外壳，外壳的温度怎么办？这就需要电路设计来降低功耗，甚至和客户研究如何给电源散热，这就需要我们是否能提的出全部计算数据。

4、关于余量问题，建议只要满足结温柔温升限制，即可保证产品工作的牢靠性。

5、热设计的装配工艺应符