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文档简介
散热器设计的基本计算一、概念热路电路热耗P(热路电路热耗P(W)温差△T=T1-T2(℃)热阻Rth=△T/P(℃/W)电流VabI(A)电压Vab=Va-Vb(V)电阻R=Vab/I(Ω)热阻串联R =R +Rth th1th2+…电阻串联R=R+R+…12热阻并联1/Rth=1/Rth1+1/R +…th2电阻并联1/R=1/R+1/R+…122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)/PT1——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: L——材料厚度(m)S——传热接触面积(m2)31℃/m传递的热量。常用材料导热率(20℃取上限值)W/m-K符号——Korλ 单位——W/常用材料导热率(20℃取上限值)W/m-K银429橡胶Rubber0.26纯铜401灌封硅胶TCS-2600.577紫铜T1~T4397氧化铝陶瓷片佳日丰泰30黄铜30%Zn109绝缘布矽胶片佳日丰泰1.6纯铝237导热石墨片佳日丰泰16垂直铝合金10702261900平面铝合金1050209硅胶垫佳日丰泰5.0铝合金6063201矽胶套帽佳日丰泰1.0铝合金6061160相变基膜佳日丰泰1.4铝合金7075130矽硅膜鑫鑫顺源0.9铁80导热膏KDS-20.84不锈钢17空气0.04二、热设计的目标1推荐:器件选型时应达到如下标准
)jmaxjc绝缘垫saT T jmax jmaxT T jmax jmax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℃210%525℃10℃,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。ja jc cs Rth≈Rth+Rth+Rth≈(T -ja jc cs 结温 环温条件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=(h+h+·PT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)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——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)/PJ1J2注:亦可根据已有条件,如管芯的△TJ1J22、共用同一散热器(见右图)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:Psa△T =h Psa散热器
j1+Pj2)每只管子的传热路径中,热阻引起的温升为:cs1 jc2 △T1=(h+h ·P1 △T2=(h +h cs1 jc2 T T T T T T T =△+△ + =△T T T T T T T jmax1 j1 散热器 环境 jmax2 j2 散热器 环境条件Pj1——电路设计计算Pj2——电路设计计算——器件手册查询jc1——器件手册查询jc2cs1 th Rth ——材料热阻:R =L /(K ·S cs1 th 绝缘垫 绝缘垫厚度 绝缘垫 绝缘垫接触的面积cs2 th Rth ——材料热阻:R =L /(K ·S cs2 th 绝缘垫 绝缘垫厚度 绝缘垫 绝缘垫接触的面积saRth ——散热器热阻曲线图查询saT ——任务指标中的工作环境要求环境计算J1 T Rth Rth P Rth P P 的最大结温: =( + ·+ (+J1 T Rth Rth P Rth P P jmax1 jc1 cs1 j1 sa j1 j2 环境J2 T Rth Rth P Rth P P 的最大结温: =( + ·+ (+J2 T Rth Rth P Rth P P jmax2 jc2 cs2 j2 sa j1 j2 环境判定结温温升限值是否符合;注意计算时单位要统一。四、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,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,
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