散热器设计的目标和基本计算方法.docx

Word版本下载可任意编辑】 散热器设计的目标和基本计算方法 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= (T1－T2)/P T1——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) 3、导热率：是指当温度垂直向下梯度为1℃/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 λ 单位—— W／m-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，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℃ 器件每升高2℃，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→环境空气a 注：因Rthca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：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 计算 T结温＝（Rthjc＋Rthcs＋Rthsa）·P＋T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——一样风速下的出口温度 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（见下列图） 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·（Pj1＋Pj2） 每只管子的传热路径中，热阻引起的温升为 △Tj1＝（Rthjc1＋Rthcs1）·Pj1 △Tj2＝（Rthjc2＋Rthcs2）·Pj2 热路中，所有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／（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：Tjmax1＝（Rthjc1＋Rthcs1）·Pj1＋Rthsa·（Pj1＋Pj2）＋T环境 J2的最大结温：Tjmax2＝（Rthjc2＋Rthcs2）·Pj2＋Rthsa·（Pj1＋Pj2）＋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。

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，郭鹏学暖通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数据 5 / 5。