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文档简介
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
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