散热器设计的基本计算

1、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= (T1T2)/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/(KS) 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

2、位时光内通过单位水平截面积所传递的热量。 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） 介绍：器件选型时应达到如下标准民用等级：Tjmax150 工业等级：Tjmax135 军品等级：Tjmax125 航天等级：Tjmax105 以电路设计供应的，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：T60 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

3、不影响计算，故可省略。 RthjaRthjcRthcsRthsa(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环温手册介绍结温 注：留意单位统一；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供应的热阻曲线上标出，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、

4、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Rthsa（T出风T进风）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 Tj1（Rthjc1Rthcs1）Pj1

5、Tj2（Rthjc2Rthcs2）Pj2 热路中，全部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：Tjmax1（Rthjc1Rthcs1）Pj1Rthsa（Pj1Pj2）T环境 J2的最大结

6、温：Tjmax2（Rthjc2Rthcs2）Pj2Rthsa（Pj1Pj2）T环境 注： 判定计算出的最大结温，是否小于手册介绍结温；判定结温温升限值是否符合；留意计算时单位要统一。 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，但一定要留意影响趋势的方向，是有利于传热的，可以作为设计余量储备，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，也就刚刚满意需求，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，甚至和客户争论如何给电源散热，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，建议只要满意结和气温升限制，即可保证产品工作的牢靠性。 5、热设计的装配工艺应符合相应的工艺规范