散热器的选型与计算

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8 JA=54C/W，温升是132,设室温 25。0那么将会达到7805的热保护点150,7805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60。，查出7805的最高结温 TJMAX=125。，那么允许的温升是65。.要求的热阻是 65。/2.45W=26c/W.再查7805的热阻，TO-220封装的热阻8 JA=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，应该加上4C/W

2、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=50 C/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150。Ta ： 环境温度 85。Pd ： 芯组最大功耗Pd=输入功率-输出功率=24x0.75+(-24) x (-0.25)1-9.8 X0.25 x2=5.5 c /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.管芯到环境的热阻经查手

3、册知RQj-C=1.0 RQC-a=36那么散热器热阻RQd-a应6.4.散热器热阻 RQd-a=(10/kd)1/2+650/AC 其中 k:导热率 铝为 2.08 d：散热器厚度cm A:散热器面积cm2 C:修正因子取1 按现有散热器考虑，d=1.0 A=17.6x7+17.6 x13 算得散热器热阻RQd-a=4.1 C /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，以保证器件或模块安全、可

4、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

5、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=RJC+RCS+RS。A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。RJAw (TJ-TA)/PD则计算最大允许的散热器到环境温度的热阻RSA为RSAw (T_J-T_AoverP_D)-(RJC+RCS)出于为设计留有余地的考虑，一般设TJ为125。环境温度也要考 虑较坏的情况，一般设TA=40r60o RJC的大小与管芯的尺寸封装

6、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0.10.2 C /W;若器件底面不绝缘，需要 另外加云母片绝缘，则其RCS可达1C/W。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可以计算出 来，根据计算的RSA值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

7、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

8、为27mA，最大值 为40mA ；器件的RJC （从管芯到外壳）典型值为2.4 C/W，最大 值为 2.6 /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=V2_S/4RL，代入上式 PD=IQ(VS+|-VS|)+V2_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 w (T_J- T_AoverP_D)-(R_JC+R_CS)为留有余量，TJ设125，TA设为40。& RJC取最大值 (RJC=2.6 C /W)，R

9、CS 取 0.2 /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RSAw125 C -40 C over21.6W-(2.6 C/W+0.2C/W) W1.135 C /WHSO4在自然对流时热阻为0.95 C/W，可满足散热要求。注意事项1-在计算中不能取器件数据资料中的最大功耗值，而要根据实际 条件来计算；数据资料中的最大结温一般为150C，在设计中留有余 地取125C，环境温度也不能取25C(要考虑夏天及机箱的实际温 度)。2.散热器的安装要考虑利于散热的方向，并且要在机箱或机壳上 相应的位置开散热孔(使冷空气从底部进入，热空气从顶部散出)。3-若器件的外

10、壳为一电极，则安装面不绝缘（与内部电路不绝缘）。安装时必须采用云母垫片来绝缘，以防止短路。器件的引脚要穿过散热器，在散热器上要钻孔。为防止引脚 与孔壁相碰，应套上聚四氟乙稀套管。另外，不同型号的散热器在不同散热条件下有不同热阻，可供 设计时参改，即在实际应用中可参照这些散热器的热阻来计算，并可 采用相似的结构形状（截面积、周长）的型材组成的散热器来代 用。在上述计算中，有些参数是设定的，与实际值可能有出入，代 用的型号尺寸也不完全相同，所以在批量生产时应作模拟试验来证实 散热器选择是否合适，必要时做一些修正（如型材的长度尺寸或改 变型材的型号等）后才能作批量生产。散热器选型，散热面积理论计算及

11、风扇选择。（2010-11-23 23:51:57）转载标签：杂谈散热器选择的计算方法一，各热参数定义：Rja 总热阻，C /W；Rjc 器件的内热阻，C /W；Rcs器件与散热器界面间的界面热阻，C /W；Rsa散热器热阻，C /W；Tj 发热源器件内结温度，C；Tc发热源器件表面壳温度，C；Ts散热器温度，C；Ta环境温度，C；Pc器件使用功率，W； Tsa 散热器温升，C；二，散热器选择：Rsa = (Tj-Ta) /Pc - Rjc -Rcs式中：Rsa (散热器热阻)是选择散热器的主要依据。Tj和Rjc是发热源器件提供的参数，Pc是设计要求的参数，Rcs可从热设计专业书籍中查表，或采

12、用Rcs=截面接触材料厚度/(接触面积X接触材料导热系数)。计算总热阻 Rja： Rja= (Tjmax-Ta) / Pc计算散热器热阻Rsa或温升 Tsa： Rsa = Rja -Rtj Rtc Tsa =RsaxPc确定散热器按照散热器的工作条件(自然冷却或强迫风冷)，根据Rsa或ATsa和Pc选择散热器，查所选散热器的散热曲线（Rsa 曲线或 Tsa线），曲线上查出的值小于计算值时，就找到了合适的热阻散 热器及其对应的风速，根据风速流经散热器截面核算流量及根据散热 器流阻曲线上风速对应的阻力压降，选择满足流量和压力工作点的风 扇。自然对流口 IM/S风速俘200散热器热阻曲线300400

13、氏度L ( mm )I，6M/S三，散热器尺寸设计：对于散热器，当无法找到热阻曲线或温升曲线时，可以按以下方法确定:按上述公式求出散热器温升 Tsa，然后计算散热器的综合换热系数a：a=7.2 ip1 2寸 3 VV （Tf-Ta） /20式中：寸1 描写散热器L/b对a的影响，（L为散热器的长度，b为两肋片的间距）；寸2描写散热器h/b对a的影响，（h为散热器肋片的高度）；寸3描写散热器宽度尺寸W增加时对a的影响；VV （Tf-Ta） /20描写散热器表面最高温度对周围环境的温升对a的影响；以上参数可以查表得到。计算两肋片间的表面所散的功率q0q0 =aX TfaX（ 2h+b）X L根据单

14、面带肋或双面带肋散热器的肋片数n,计算散热功率Pcz单面肋片：Pcz = nq0双面肋片：Pc= 2nq0（单面肋，简单的说，就是一边带肋，一边是一个平面。利于在特定场合下的装配，例如在电源模块上。）若Pcz Pc时则能满足要求。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；Nu空气流速系数。Nu值由下式决定Nu = 0.664* (

15、V/V1)”(1/2) * Pr (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Pr0.1380.02070.72200.156400.175600.196800.2171000.2301200.2620.02210.710.02340.71 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 0.02470.710.02600.700.02720.700.02850.70五，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,计算流经

16、散热器的空气阻力压降：P二f* (L/D)*(1/2)*( pV2)式中：AP 沿程压力损失，Pa；空气平均流速，m/s；沿程阻力系数；P空气密度，kg/m3；L 沿程长度，m；D 当量直径，mo（ 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二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。和 P,选择风扇PQ曲线内包含。与 P点即 可。|、|、|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， 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

17、子设计| 2006-12-04来源:电子产品世界I作者：3M中国有限公司北京技术中心方科式中：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1.75 C/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5.8 Ccm2/W，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)=1.16 C/W (7)由于导热材料同芯片和散热器之间不可能达到10。 的结合，会存在一些空气间隙，因此导热材料的