散热设计快速入门课件

散热设计之实用指南散热设计之实用指南2022/10/282内容传导辐射对流风冷(强迫对流)瞬态热冲击综合模型辐射与对流综合设计示例2022/10/222内容传导2022/10/283传导P=△T/Rth=λ*A*(T2-T1)/ιRth=ι/(λ*A)ι为热导体传输热方向上的长度λ为热导体导热系数，单位W/m*KA为垂直于热导体传输热方向的截面积△T为温差，单位为℃热量沿着热传导介质从一端传递到另一端的现象叫热传导

2022/10/223传导P=△T/Rth=λ*A*(T2022/10/284导热率列表导热方式λ金属与金属传导/有硅脂1/0.5金属阳极化传导/有硅脂2/1.4铝/含90%铝/氧化铝225/220/16.7铜/青铜/黄铜/康铜/丙铜401/32~153/70~183/20.9/0.177金/银/殷钢/铁317/429/11/71纤维/环氧树脂/单层玻璃0.2~0.8/0.3/6.2纸板0.14瓷1.05塑料/泡沫塑料/改性塑料0.06~0.13/0.02~0.046/252022/10/224导热率列表导热方式λ金属与金属传导/有2022/10/285传导例证已知：氧化铝绝缘垫片厚度0.5mm，截面积2.5cm2，求热阻。查表得λ=16.7W/(m*K)，则Rth=ι/(λ*A)=0.5*10-3/（16.7*2.5*10-4）2022/10/225传导例证已知：氧化铝绝缘垫片厚度0.2022/10/286辐射P=5.7*10-8*E*A*（Ts4-Ta4）Rrth=△T/PP为热辐射功率E为表面发射率，黑色阳极氧化E=0.7，磨光铝E<0.05A为散热器外廓尺寸(包括叶片，不计散热片面积)（m2）T为温度，单位为K热量以电磁波的形式向空间辐射的现象叫热辐射0<E<1，黑体辐射E=1Rrth=0.12/A℃/W当△T=100，材质为黑色阳极化铝散热器2022/10/226辐射P=5.7*10-8*E*A*（T2022/10/287表面发射率列表表面处理方式E铝+光滑表面，粗糙度1.60.05铝+粗糙表面，粗糙度6.3~12.50.05铝+导电氧化0.05铝+黑色喷塑0.7铝+白色喷塑0.7铝+亮黑阳极氧化0.7铝+喷砂黑色无光阳极氧化0.7铝+本色阳极氧化0.6不锈钢0.52022/10/227表面发射率列表表面处理方式E铝+光滑表2022/10/288辐射例证已知每边10cm表面阳极化的黑色立方体，表面温度Ts=120℃，环境温度为Ta=20℃，辐射热阻为：Rrth=0.12/(6*0.12)=2℃/W2022/10/228辐射例证已知每边10cm表面阳极化的黑2022/10/289对流Rcth=1/(h*△T*V*A)h为膜层散热系数，单位W/m*KA为热对流通过的垂直表面积，也可是物体总表面积F为翼片间距修正系数d为垂直高度△T为温差，单位为℃ρ为流体密度，ν为流体速度，ω为通道宽度，η为流体黏稠度流体内部应各部分温度不同而造成相对流动的现象叫对流

Rcth=(d/△T)0.25/(1.34*A*F)当高度d<1m时雷詻数Re=ρ*ν*ω/η2022/10/229对流Rcth=1/(h*△T*V2022/10/2810翼片间距修正系数一般翼片间距在10~15mm2022/10/2210翼片间距修正系数一般翼片间距2022/10/2811对流例证已知有一个薄板表面温度为120℃，环境温度为20℃，板高10cm，宽30cm，则：Rcth=1/(1.34*2*0.1*0.3)*(0.1/100)0.25=2.2℃/W2022/10/2211对流例证已知有一个薄板表面温度为122022/10/2812风冷Q=3600P/（c*γ*△T）=P/(0.335*△T)△T为空气温升，单位℃，一般为10~15℃c为海拔空气比热容，=1.026*103J/(℃*dm3)Q为所需的风量，单位m3/h，取1.5~2倍裕量γ为空气密度，=1.05kg*m3P为散热量，单位W通过强迫对流手段加大空气流动以制冷的方法叫风冷

2022/10/2212风冷Q=3600P/（c*γ*△T）2022/10/2813风冷例证已知：已知MOSFET损耗16W，允许温升10℃

，求风扇风速。Q=16/(0.335*10)=4.78m3/h考虑裕量，取风速10m3/h，约2.7dm3/s2022/10/2213风冷例证已知：已知MOSFET损耗12022/10/2814瞬态热冲击Q=C*△T=CT*m*△T=CT*d*V*△TQ为热量，单位JCT为材料比热容，单位Cal/(g*K)d为物体或介质的密度g/cm3V为体积热源在开/关机、瞬态过载等瞬态状态下，热传导已失效所导致的热过冲叫瞬态热冲击Tj(t)=Pm(t/τ)0.5*Rth+Ta,Pm为阶跃幅值假定t<<热时间常数，则τ=π*Rth*Cs/42022/10/2214瞬态热冲击Q=C*△T=CT*m*2022/10/2815比热容材质CT铜0.093铁0.105铝0.213锡0.054镍0.106钼0.06银0.0562022/10/2215比热容材质CT铜0.093铁0.102022/10/2816瞬态热冲击例证已知MOS管IRF14905通过启动时瞬时矩形功率脉冲150W，脉冲宽度20us，占空比D=0.2，查元器件规格书中给出的瞬态阻抗曲线图得Ztjc=0.53W/℃，环境温度35℃，于是：

Tj=150*0.53+35=114.5℃实际上，功率脉冲一般不是矩形的，可以用幅值相等、能量（功率时间积分）相等原则求出脉冲宽度2022/10/2216瞬态热冲击例证已知MOS管IRF142022/10/2817综合模型传导、辐射、对流之综合模型热源空气传导热阻对流热阻辐射热阻风冷热阻2022/10/2217综合模型传导、辐射、对流之综合模型热2022/10/2818综合模型瞬态模型阶跃输入2022/10/2218综合模型瞬阶跃输入2022/10/2819辐射与对流综合Rrth=0.12*△T/100/Ar

℃/WRcth=(d/△T)0.25/(1.34*Ac*F)Rtha=(d/△T)0.25/(1.34*Ac*F)直方形2022/10/2219辐射与对流综合Rrth=0.12*2022/10/2820辐射与对流综合Rrth=0.12*△T/100/Ar

℃/WRcth=(d/△T)0.25/(1.34*Ac*F)Rtha=(d/△T)0.25/(1.34*Ac*F)圆形2022/10/2220辐射与对流综合Rrth=0.12*2022/10/2821设计示例已知器件结温125℃，功耗26W，制造厂给出Rjc=0.9℃/W，使用带有硅脂的75μm云母垫片（1.3℃/W），其综合热阻为0.4℃/W，散热器安装处最差环境温度是55℃，求散热器到环境的热阻为：Rf=(125-55)/26-(0.9+0.4)=1.39℃/W根据热阻可求出该散热器型材所需的长度。2022/10/2221设计示例已知器件结温125℃，功耗22022/10/2822设计示例如图散热器，已知Ts=120℃，Ta=20℃，求其热阻Rsa。有效表面积为：Ar=2*0.12*0.08+2*0.06*0.08+0.12*0.06=0.036m2翼片表面积=2*0.08*0.09+16*0.08*0.06=0.0912m2翼片间距为9mm，F=0.78，则Rcth=1/(1.34*A*F)*(d/△T)0.25

=1.76℃/W综合辐射和对流的热阻为：Rsa=3.34*1.76/(3.34+1.76)=1.15℃/W则辐射热阻Rrth=0.12/0.036=3.34℃/W2022/10/2222设计示例如图散热器，已知Ts=1202022/10/2823设计示例2022/10/2223设计示例2022/10/2824谢谢！2022/10/2224谢谢！人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。人有了知识，就会具备各种分析能力，散热设计快速入门课件散热设计之实用指南散热设计之实用指南2022/10/2828内容传导辐射对流风冷(强迫对流)瞬态热冲击综合模型辐射与对流综合设计示例2022/10/222内容传导2022/10/2829传导P=△T/Rth=λ*A*(T2-T1)/ιRth=ι/(λ*A)ι为热导体传输热方向上的长度λ为热导体导热系数，单位W/m*KA为垂直于热导体传输热方向的截面积△T为温差，单位为℃热量沿着热传导介质从一端传递到另一端的现象叫热传导

2022/10/223传导P=△T/Rth=λ*A*(T2022/10/2830导热率列表导热方式λ金属与金属传导/有硅脂1/0.5金属阳极化传导/有硅脂2/1.4铝/含90%铝/氧化铝225/220/16.7铜/青铜/黄铜/康铜/丙铜401/32~153/70~183/20.9/0.177金/银/殷钢/铁317/429/11/71纤维/环氧树脂/单层玻璃0.2~0.8/0.3/6.2纸板0.14瓷1.05塑料/泡沫塑料/改性塑料0.06~0.13/0.02~0.046/252022/10/224导热率列表导热方式λ金属与金属传导/有2022/10/2831传导例证已知：氧化铝绝缘垫片厚度0.5mm，截面积2.5cm2，求热阻。查表得λ=16.7W/(m*K)，则Rth=ι/(λ*A)=0.5*10-3/（16.7*2.5*10-4）2022/10/225传导例证已知：氧化铝绝缘垫片厚度0.2022/10/2832辐射P=5.7*10-8*E*A*（Ts4-Ta4）Rrth=△T/PP为热辐射功率E为表面发射率，黑色阳极氧化E=0.7，磨光铝E<0.05A为散热器外廓尺寸(包括叶片，不计散热片面积)（m2）T为温度，单位为K热量以电磁波的形式向空间辐射的现象叫热辐射0<E<1，黑体辐射E=1Rrth=0.12/A℃/W当△T=100，材质为黑色阳极化铝散热器2022/10/226辐射P=5.7*10-8*E*A*（T2022/10/2833表面发射率列表表面处理方式E铝+光滑表面，粗糙度1.60.05铝+粗糙表面，粗糙度6.3~12.50.05铝+导电氧化0.05铝+黑色喷塑0.7铝+白色喷塑0.7铝+亮黑阳极氧化0.7铝+喷砂黑色无光阳极氧化0.7铝+本色阳极氧化0.6不锈钢0.52022/10/227表面发射率列表表面处理方式E铝+光滑表2022/10/2834辐射例证已知每边10cm表面阳极化的黑色立方体，表面温度Ts=120℃，环境温度为Ta=20℃，辐射热阻为：Rrth=0.12/(6*0.12)=2℃/W2022/10/228辐射例证已知每边10cm表面阳极化的黑2022/10/2835对流Rcth=1/(h*△T*V*A)h为膜层散热系数，单位W/m*KA为热对流通过的垂直表面积，也可是物体总表面积F为翼片间距修正系数d为垂直高度△T为温差，单位为℃ρ为流体密度，ν为流体速度，ω为通道宽度，η为流体黏稠度流体内部应各部分温度不同而造成相对流动的现象叫对流

Rcth=(d/△T)0.25/(1.34*A*F)当高度d<1m时雷詻数Re=ρ*ν*ω/η2022/10/229对流Rcth=1/(h*△T*V2022/10/2836翼片间距修正系数一般翼片间距在10~15mm2022/10/2210翼片间距修正系数一般翼片间距2022/10/2837对流例证已知有一个薄板表面温度为120℃，环境温度为20℃，板高10cm，宽30cm，则：Rcth=1/(1.34*2*0.1*0.3)*(0.1/100)0.25=2.2℃/W2022/10/2211对流例证已知有一个薄板表面温度为122022/10/2838风冷Q=3600P/（c*γ*△T）=P/(0.335*△T)△T为空气温升，单位℃，一般为10~15℃c为海拔空气比热容，=1.026*103J/(℃*dm3)Q为所需的风量，单位m3/h，取1.5~2倍裕量γ为空气密度，=1.05kg*m3P为散热量，单位W通过强迫对流手段加大空气流动以制冷的方法叫风冷

2022/10/2212风冷Q=3600P/（c*γ*△T）2022/10/2839风冷例证已知：已知MOSFET损耗16W，允许温升10℃

，求风扇风速。Q=16/(0.335*10)=4.78m3/h考虑裕量，取风速10m3/h，约2.7dm3/s2022/10/2213风冷例证已知：已知MOSFET损耗12022/10/2840瞬态热冲击Q=C*△T=CT*m*△T=CT*d*V*△TQ为热量，单位JCT为材料比热容，单位Cal/(g*K)d为物体或介质的密度g/cm3V为体积热源在开/关机、瞬态过载等瞬态状态下，热传导已失效所导致的热过冲叫瞬态热冲击Tj(t)=Pm(t/τ)0.5*Rth+Ta,Pm为阶跃幅值假定t<<热时间常数，则τ=π*Rth*Cs/42022/10/2214瞬态热冲击Q=C*△T=CT*m*2022/10/2841比热容材质CT铜0.093铁0.105铝0.213锡0.054镍0.106钼0.06银0.0562022/10/2215比热容材质CT铜0.093铁0.102022/10/2842瞬态热冲击例证已知MOS管IRF14905通过启动时瞬时矩形功率脉冲150W，脉冲宽度20us，占空比D=0.2，查元器件规格书中给出的瞬态阻抗曲线图得Ztjc=0.53W/℃，环境温度35℃，于是：

Tj=150*0.53+35=114.5℃实际上，功率脉冲一般不是矩形的，可以用幅值相等、能量（功率时间积分）相等原则求出脉冲宽度2022/10/2216瞬态热冲击例证已知MOS管IRF142022/10/2843综合模型传导、辐射、对流之综合模型热源空气传导热阻对流热阻辐射热阻风冷热阻2022/10/2217综合模型传导、辐射、对流之综合模型热2022/10/2844综合模型瞬态模型阶跃输入2022/10/2218综合模型瞬阶跃输入2022/10/2845辐射与对流综合Rrth=0.12*△T/100/Ar

℃/WRcth=(d/△T)0.25/(1.34*Ac*F)Rtha=(d/△T)0.25/(1.34*Ac*F)直方形2022/10/2219辐射与对流综合Rrth=0.12*2022/10/2846辐射与对流综合Rrth=0.12*△T/100/Ar

℃/WRcth=(d/△T)0.25/(1.34*Ac*F)Rtha=(d/△T)0.25/(1.34*Ac*F)圆形2022/10/2220辐射与对流综合Rrth=0.12*2022/10/2847设计示例已