《电子装备设计技术》课件第6章

第6章电子设备散热设计技术6.1散热原理6.2电子元器件的散热6.3电子设备机内散热6.4箱体的通风散热 6.1散热原理

热是一种能量，热能总是自然地从高温向低温方向传递。热能传递的基本方式包括热传导、热对流和热辐射三种形式。

无论是固体还是停滞的流体，当它与介质相互接触并与介质存在温差时，两者之间都会进行热交换，这种换热称为传导换热；当运动着的流体与介质表面存在温差时，它们之间也会产生热交换，这种换热称为对流换热；具有一定温度的表面，不管是否存在中间介质，只要是依靠电磁波传播方式进行的热量交换，都称为辐射换热。这三种换热形式下的热量交换过程对应的即为热传导、热对流和热辐射方式。6.1.1传导换热

1.温度梯度

在热量传递过程中，通常用等温面或等温线来表示物体的温度变化。某一瞬间物体内部相同温度点构成了一个等温面，通常是不规则的曲面，如与平面相交，其交线就是等温线，为了说明温度的变化率，通常将等温面或等温线法线方向的温度变化增量与法线方向的距离之比取极限，称为温度梯度。图6.1平板温度梯级为便于说明，取一单层平板，厚度为δ，其高度与宽度很大，两侧表面分别维持均匀而恒定的温度t1和t2，这时它的等温面成为相互平行的平面，等温线为相互平行的直线，如图6.1所示。

此时的温度梯度t′可用下式表示：（6.1）温度梯度是一个矢量，其方向沿等温面法线方向，并规定温度增加的方向为正向。由于温度总是从高温向低温方向传递，因此热传递的方向与温度梯度方向相反。

2.导热的基本定律

1）傅里叶定律

在纯导热的条件下，单位时间内通过给定面积的热量与该处的温度梯度及垂直于导热方向的截面积成正比，这就是导热的基本定律，又称傅里叶（Fourier）定律。对于大块平板，傅里叶定律可用公式表示为（6.2）式中：Q为单位时间内通过面积S的热量，单位为W；S为垂直于导热方向的横截面面积，单位为m2；λ为导热系数，单位为W/（m·℃）；dt/dx为温度梯度，单位为℃/m。负号表示热传递的方向与温度梯度的方向相反。

由式（6.2）可得，在单位时间内，单位面积所通过的热量即热流密度q为（6.3）对于大块平板，上式可变换为（6.4）对上式积分，并代入相应的条件（x=0时t=t1；x=δ时t=t2），并设（6.5）则经整理可得：

（6.6）式中：Δt=t1-t2。

2）热阻Rt

各类电子组装设备温升的控制，均可用其热阻值来表征，由电子器件的结片至热沉之间的总热阻，可划分为器件级、组装级和系统级热阻。

器件级热阻又称为内热阻，表示从发热芯片或其他电路元器件的结片至元器件外壳之间的热阻；组装级热阻又称为外热阻，表示热流从元器件外壳流向某个参考点的热阻，参考点的选择可以是耗热元件周围的环境温度、印制电路板的端部温度，也可以是冷板某一点的温度；系统级热阻又称为最终的热阻，表示冷却剂（空气或液体）至终端热沉的热阻。

当物体相互接触时，两接触面不可能绝对平整、光滑，其间有一薄层空气或其他介质，在接触面处将产生温度降，由此引起的附加热阻称为接触热阻。影响接触热阻的因素包括接触表面的平面度、粗糙度、硬度、清洁度、氧化程度以及压力等。

3）导热系数λ

导热系数λ是一个表示物体导热能力的物理量，是单位时间内通过单位长度温度每下降1℃所传递的热量。

不同物质有不同的传热系数，通常金属的导热系数最大，非金属次之，液体较小，气体最小，如空气可作隔热夹层。结晶体比非结晶体材料有更高的导热系数。对于复合材料（例如，电子组装中大量使用的硅脂或导热膏），则取决于其组成成分本身的导热系数。

对于传热系数很低的材料，可以把它定为隔热材料。导热系数小于0.23W/（m·℃）的材料称为绝缘材料。

纯金属材料的导热系数随温度的增加而减小；非金属材料的导热系数随温度的增加而增加；合金材料的导热系数由其合金含量的组成决定。表6.1各种材料的导热系数表6.2气体和液体的导热系数

3.加快传导散热的措施

（1）选用传热系数大的材料制造导热零件，可降低热阻，增大传导热量。如可用铜或铝等材料做散热器。

（2）尽量降低接触热阻。在多个零件接触导热时，因为两接触面之间不可能绝对平整、光滑，所以实际接触面很小。由于接触面间存在空隙，而空气的传热系数很小，实际上起着隔热作用，也增加了接触热阻。

通常采用增大接触面间的接触压力，降低接触表面的粗糙度来增大接触面；有时可在两接触面间涂硅油或垫铜箔等软金属箔等措施来降低接触热阻。

（3）尽量缩短热传导路径。导热路径中不应有绝热或隔热物体阻隔。

6.1.2对流换热

1.自然对流与强迫对流

根据流体运动的成因不同，对流换热可分为自然对流和强迫对流。

自然对流是由于流体冷热不均、各部分密度不同而引起介质自然运动的对流方式。因为空气、水等介质受热后体积膨胀，其密度降低，所以受热介质上升，较冷的介质就置换它原来的位置，形成了由温差而引起的自然对流过程。

强迫对流是风扇、水泵等机械力的作用促使流体运动，使流体高速地掠过发热物体或高温物体表面，从而加强对流作用，一般情况下强迫对流也伴随着自然对流，但当强迫对流足够强时，自然对流往往可忽略不计。

2.对流换热公式

固体表面和流体间的换热量Q与它们的温差及接触面积成正比，这就是对流换热的牛顿定律。Q=αSΔt（6.7）式中：Q为单位时间内对流的换热量，单位为W；α为对流传热系数，单位为W/（m2·℃）；Δt为散热物体表面与冷却流质的温差，单位为℃；S为散热面积，单位为m2。式（6.7）中把影响对流散热的各种因素归结为对流传热系数α，α不仅与流体介质的性质有关，而且与对流的类型、流体速度、散热物体的形状、位置等因素有关。

3.加快对流换热的措施

要增加对流换热量，可以通过提高对流换热系数或增大换热面积和温差来实现。

（1）加大温差Δt，即降低散热物体周围的对流介质的温度。

（2）加大换热面积，如增加散热器或散热片，并将散热器做成肋片，并使肋片纵向与气流方向一致，或做成直尾形和叉指形，这样更有利于散热。

（3）在整机设计中，正确安排进出风口，把发热元件安排在有利于对流换热的位置，并注意元件的大小，使要散热的元件排在大元件的上游，以免被大元件挡住气流。

（4）加大流体的流动速度，选择有利于对流换热的流体介质，如水比空气好，以带走更多的热量。6.1.3辐射换热

1.热辐射过程与计算公式

热辐射的投射、反射和折射规律与可见光线（0.35～0.75μm）基本相同，当热射线照射在物体上时，热辐射总是一部分被吸收，一部分被反射，一部分穿透物体，从而进行能量交换。被吸收的那部分能量使物体的温度升高，而被反射及穿透的那部分能量落在其他物体上后也同样产生反射、吸收、穿透的过程。由此可见，一个物体不仅是在不断地辐射能量，而且还在不断地吸收能量，这种能量的传递现象就是辐射换热的过程。图6.2辐射能量分布图解如图6.2所示，若物体上的全部辐射能量为Q0，其中物体的吸收能量为QA，反射能量为QR，穿透能量为QD，则总的辐射能量与吸收能量、反射能量、穿透能量之间的关系式满足式（6.8）。（6.8）将上式两边分别除以Q0可得（6.9）上式可表示为（6.10）

A、R、D的数值不仅与物体的性质有关，而且与物体的温度和辐射的波长有关，其值在0～1之间变化。

不同的物体对辐射能量的吸收、反射和穿透各不相同，物体的性质也不同，表6.3说明了几种典型物体对能量的吸收、反射和穿透的特殊情况。表6.3典型物体的能量辐射一个物体总的辐射能量是放热还是吸热，取决于该物体在同一时期内放射和吸收辐射能之差。辐射传递的热量Q可由下式决定。（6.11）式中：Q为单位时间内辐射传递的热量，单位为W；系数5.67为黑体辐射系数，单位为W/（m2·K4）；ε为辐射体表面的黑度；S为辐射体表面的面积，单位为m2；T1、T2为辐射表面、被加热表面的绝对温度，单位为K。式（6.11）亦可写成下式

（6.12）表6.4常见物体的黑度值得注意的是，若公式（6.12）中的Q为正值，说明物体放热，即物体辐射强于吸收；Q为负值时，说明物体处于吸热状态，此时吸收大于辐射。在面积相同时，表面黑度越高，其放热或吸热能力越大，即Q的绝对值越大。物体的辐射能力越强时，其吸收能力也越强。如黑色物体，当本身温度高于外界温度时，其对外界辐射能力最强；当外界温度高于本身温度，其吸收热能也最多。

物体辐射的能力可以用辐射力E来表示，它表示单位时间内物体单位表面积所放射的辐射能量。

2.热辐射基本定律

（1）普朗克定律：物体热辐射的能量不仅和温度有关，而且随波长而变化。普朗克定律反映了在不同温度下辐射能按波长分布的规律。

（2）四次方定律：黑体的辐射能量与其绝对温度的四次方成正比，用公式表示为（6.13）式中：σ0为黑体辐射常数，其值为5.67×10-8W/（m2·K4）。工程中常用下式代替，即（6.14）

式中：C0为黑体辐射系数，其值为5.67W/（m2·K4）。（3）基尔霍夫定律：任何物体的辐射力和吸收率之比与物体的性质无关，恒等于同温度下绝对黑体的辐射力。

基尔霍夫定律的表达式为（6.15）式中：E1，E2，E3，…为物体的辐射力；A1，A2，A3，…为物体的吸收率；E0为黑体的辐射力。由于各物体的吸收率总是小于1，所以在任一温度下，各种物体的辐射力以绝对黑体为最大。根据公式（6.15）可知，物体的辐射力越大，其吸收率越大，即善于反射的物体，辐射也小。

3.加快辐射换热的措施

（1）粗糙的表面热辐射能力强。通常将发热元件外的屏蔽罩壳涂覆有色漆，散热片表面涂黑色或粗糙的有色漆。对热敏感的元件，其表面应做得光亮、平滑，以减少辐射热的吸收。对玻璃外壳的电子管，由于玻璃的辐射系数近似于黑漆的辐射系数，故其壳不用涂黑。

在高温下，热辐射的换热效果往往大于热对流的换热效果，所以对高温元件，常在内、外表面涂以黑色粗糙的漆，以增加热辐射的作用。（2）加大辐射体周围环境的温差，即辐射体周围介质温度越低越好。

（3）加大辐射体的表面积、体积，即从散热效果的角度出发，散热器的面积越大越好。

电子设备实际使用过程中热量的交换包含了传导换热、对流换热和辐射散热，几种换热过程同时存在，是一种复合换热的过程。 6.2电子元器件的散热

6.2.1温度对元器件的影响

1.晶体管

晶体管的结温是由晶体管的耗散功率、环境温度以及散热情况决定的，晶体管的结温对其工作参数及可靠性有很大影响。温度升高，将引起晶体管的工作点漂移，增益不稳定，可能造成多级放大器自激或振荡器频率不稳定。温度过高，将造成晶体管的热击穿。

2.阻容器件

温度升高将导致电阻的使用功率下降，使电阻器的阻值发生变化，温度每变化10℃，电阻值约变化1％。如RJ-0.125W金属膜电阻，当环境温度为70℃时，允许使用功率为标称值的100％；当环境温度为125℃时，允许使用功率仅为标称值的20％。

温度对电容器的影响主要表现在降低其使用寿命，当电容在超过允许的温度下工作时，温度每升高10℃，其使用寿命要下降一半，同时，温度的变化也将引起电容器的容量、功率因数等参数的变化。表6.5常用阻容器件的允许工作温度

3.集成电路组件

温度过高将影响集成电路的工作性能，甚至造成集成电路的热损坏，使用中应控制结温，不应超过允许工作范围。

4.变压器和扼流圈

温度对变压器和扼流圈的影响主要表现在降低其使用时间，使得它们的绝缘性能下降。通常变压器和扼流圈的允许温度为95℃。

5.微波器件

微波器件包括微波管和微波半导体器件，温度对微波管的影响主要表现为，温度将影响微波管的谐振频率、工作效率、工作稳定性及寿命。

6.电真空器件

过高的温度将对真空器件的玻璃卡和内部结构产生不良影响，使电真空器件内产生气体，从而使真空器件的真空度下降，影响其工作性能；同时使器件内的气体电离，离子轰击阴极，破坏其涂覆层，导致发射率下降，降低其工作寿命；温度过高也将导致玻璃产生热效应而损坏。6.2.2元器件的散热

1.晶体管的散热

对于功率在100mW以下的小功率晶体管，主要依靠晶体管表面的对流散热及引线传导散热，不考虑散热措施；对于功率为100mW至1W的晶体管，主要依靠加简单的散热器进行散热；对于功耗大于1W的大功率晶体管，其散热主要通过选择合适的散热器，并在功率管和散热器之间加垫片，减小接触热阻的方法进行散热。

2.阻容器件的散热

1）电阻的散热

电阻的温升与功率损耗、电阻结构与尺寸、表面状态、与其他元件的距离、安装位置及周围环境有关。当电阻通过电流时会产生热量，热量的大小与其本身的功率损耗有关。

在正常环境下，功率损耗小的电阻（如0.5W以下）一般是通过本身辐射、对流和固定连接片或两端引线的传导进行散热，其中传导散热的散热量占50%，对流散热占40%，辐射散热占10%。对于功率损耗较大的电阻，除了利用上述的散热方式外，陶瓷电阻、珐琅电阻和玻釉电阻的外皮层也是一个良好的散热装置。另外，为加强电阻辐射散热能力，电阻表面通常涂以无光泽的粗糙漆。

电阻的温升除与其自身的功率损耗有关外，还与电阻使用时的承耗比有着密切的关系，承耗比是指电阻实际工作的功率与电阻额定使用功率之比。承耗比越大，电阻的温升越高，电阻的失效率也越大。对珐琅电阻的表面温度一般应控制在150℃左右，其承耗比一般为20%～40%，常用承耗比为1/3较为稳妥。随着使用的环境不同，电阻的额定功率也会发生变化，由于电阻组合方式的使用将导致额定功率下降，当使用几个电阻并列组合时，若相互之间距离留位不充分，就会产生不利情况。当气压降低时，空气的密度降低，使热传导率降低，这样由于空气对流的散热量降低，额定功率也会下降。

2）电容的散热

电容的参数包括额定电压（耐压）、电容量、绝缘电阻、损耗因数等，它们的大小都直接与温度有关。温度升高，对所有参数都有害，电容是一种极易受温度影响的元件。

要使电容处于正常工作状态，应将电容与高温元件隔离，还应注意尽量降低电容的承压比。承压比是指电容的实际工作电压与其额定电压之比。承压比越高，电容自身的发热量越大，其故障率也越高；环境温度越低，承压比越小，则故障率越低。

3.集成电路的散热

集成电路及复合固态器件的散热与小功率晶体管相似，其引线数比较多，可供自然对流的面积大，功耗较大的集成电路常利用导热条进行传导散热。

4.变压器和扼流圈的散热

变压器的热源是铁芯和线包，其自然散热的途径对变压器本身而言主要是热传导，外部散热主要是热对流、热传导，其次是热辐射。

变压器通常包括不带罩变压器和带罩变压器两种结构。对于无外罩的变压器，要求铁芯与支架、支架与底板间应接触良好，或铁芯与底板直接接触，以降低热阻；对于带罩的变压器，其外罩也应与支架或底板接触良好；为了提高对流散热效果，可将变压器垫起一定高度，并在底板上开设通风孔，变压器的外罩涂覆黑色等无光泽的漆可提高热辐射能力。

扼流圈和电感器的铁芯损耗比较低，其散热处理方法与变压器相同。

5.电子管的散热

对于不带屏蔽罩的电子管，其在空间的散热方式主要是辐射和对流，为了改善散热条件，电子管及其他元器件安装不宜过挤，最好采用垂直安装。

对于带有屏蔽罩的电子管，其屏蔽罩不仅具有屏蔽的作用，而且还有适当的散热作用。其散热途径是：屏蔽罩吸收玻璃壳的热辐射，通过屏蔽罩的导热、对流和辐射等方式将热量传出去。因此，屏蔽罩的内表面应经无光氧化处理，使其具有较高的吸收率，以利辐射散热；屏蔽罩的外表面也应是无光泽的。同时屏蔽罩的顶部应开通风口，以利对流散热。6.2.3散热器的选用

晶体管在电子设备中应用广泛，工作过程中温度的升高将影响其工作性能和技术参数，必须采取散热措施。为了保证晶体管工作的稳定性和可靠性，对于大功率的晶体管，通常是将晶体管安装在合适的散热器上，散热器的外表面积较大，利用散热器的自然对流和辐射可以加快晶体管的散热量和散热速度。

1.晶体管散热原理

由于集电结存在内阻，流过电流时就会产生热量，使集电结温度升高，此温度即为集电结结温，用Tj表示，这是温度最高的地方。热量由集电结传给管壳，使管壳温度上升，管壳温度为Tc，因此在集电结与管壳之间存在着热阻Rtj，为晶体管的内热阻。管壳传热有两条路径：一路把热量传给散热器，此时散热器的温度为Tf，在管壳与散热器之间存在热阻Rtc，称为晶体管的接触热阻。散热器把热量通过对流及辐射散发到周围环境中，设环境温度为Ta，则散热器与环境之间存在的热阻Rtf叫做散热器热阻。另一路为管壳通过对流与辐射，把热量直接传播到周围环境，这时在管壳与周围环境之间亦存在热阻Rtv，若把晶体管的耗散功率Pc视为热源，Rtf和Rtv相当于并联，由于管壳的面积比散热器面积小很多，因此，Rtv远大于Rtf，可忽略不计，可以推算出下列计算公式。（6.16）式中：Pc为晶体管耗散功率，单位为W；Tj为晶体管集电结温度，单位为℃，晶体管的允许最高结温与其所用半导体材料（硅、锗）有关，具体数值可从晶体管手册中查到；Ta为环境温度，单位为℃；Rtj为晶体管集电结和管壳之间的热阻，单位为℃/W，各种型号晶体管的热阻值可在晶体管手册中查到；Rtc为晶体管管壳与散热器之间的接触热阻，单位为℃/W，接触热阻随晶体管管座与散热器的接触状态、接触表面情况而定；Rtf为散热器热阻，单位为℃/W。

2.常用散热器

最常用的散热器包括平板型散热器、叉指型散热器、铝型材散热器、辐射型散热器和针状散热器。其中叉指型散热器和铝型材散热器目前已标准化，使用时可查找相关标准或使用手册。

（1）平板型散热器。平板型散热器结构简单、制造方便、取材容易，也可以利用电子设备的机壳或底座作为散热器，直接把晶体管装在上面，特别是机壳，直接与外界空气接触，散热条件好，经济、可靠，可将机壳作为平板散热器用。（2）铝型材散热器。铝型材散热器是由铝合金挤压成型的具有平行肋片的型材制成，利用肋片来增加散热面积，形成一条条空气对流槽，以提高散热效果，它在较大功耗下具有较小的热阻，因而散热能力强，目前应用较广泛。

（3）叉指型散热器。叉指型散热器是用约3mm厚的铝板冲制成型，使其参差排列，因而增加了散热面积，又由于其“指”向上直弯，从而改善了对流效果，同时避免了因“指”间的相互辐射吸热而降低辐射传热的缺点，其散热系数比铝型材散热器大。（4）辐射型散热器。

辐射型散热器的肋片对外有张角，改变了铝型材散热器在辐射方面的缺点，其对流、辐射作用较好，缺点是内径与管的外径难以很好地接触，接触热阻加大，限制了它的使用。

（5）针状散热器。

针状散热器是在铝板上等间距地密布针形的小柱，利用针表面进行对流、辐射散热，因针的数量较多，所以散热面积较大，具有良好的散热效果。

3.散热注意事项

（1）散热器的选用。散热器选择的原则是在保证充分散热的前提下，应尽量选用体积小、重量轻的散热器，这样可节省机内空间，减少设备的总重量。

（2）散热器的安装。安装散热器时应尽量选用散热热阻小的安装方式。

（3）尽量减小界面热阻。散热器表面应平整、光洁，为减少散热器与晶体管间的接触热阻，应注意保持二者界面间的平整与光洁。如果界面既平整、光洁，又无氧化层时，其间可不加垫片，否则应涂以硅脂或加装导热垫片。（4）散热器的涂覆。为增加散热器的辐射能力，散热器表面应涂一层黑色油漆或氧化物等高辐射系数的涂层，应优先选用具有黑色涂层的散热器，并应保护涂层不受损坏。

（5）散热器的安装。在散热器上安装晶体管时，其安装孔的尺寸应与晶体管引线的尺寸相符，孔不宜太大，也不宜太小，太大会影响散热效果，太小会使引线与散热器相碰，造成短路。（6）晶体管的安装位置。晶体管应安装于散热器的中心。若在同一散热器上装多个管子时，可先近似地按晶体管功耗的比例将散热器分割成几部分，每个管子尽量放在相应部分的中心位置，这样可使散热器均匀受热，提高散热效率。

（7）散热器的安放位置。应尽可能使散热器直接接触设备外部的空气流，使环境温度Ta降低，同时可提高散热器对流换热的效果。当散热器必须置于设备内部时，应安装在机内自然对流较强的地方。 6.3电子设备机内散热

6.3.1元器件布局散热

1.元器件散热措施

在进行电子设备机内空间的热设计时，必须了解设备及元器件的热特性及环境条件等因素，合理地布局、安装元器件以利自然散热。结构设计时，电子设备内部元器件散热常采取下列措施：

（1）在安装发热元器件时，元器件的引线应尽量短。安装布置元器件、零部件时应贴近安装面，以便传导散热。（2）减少接触热阻。安装元器件时，最好贴紧安装面，采用固定夹或螺钉固定并压紧，同时，在接触面处涂以导热硅脂。

（3）保证气流有足够的自然对流通道。元器件、零部件及机箱侧壁三者相互之间的距离应便于自然对流。底座、隔热板、屏蔽板等设计时，在满足强度和刚度条件下，应留有足够的自然对流通道，并减小气流阻力。

如图6.3所示，元器件之间、板壁之间建议采用下列最小相邻位置尺寸。图6.3元器件之间的距离与尺寸关系邻近的垂直发热表面，d/L=0.25；邻近的垂直发热表面与冷表面，d=25mm；邻近的水平发热圆柱体和冷的上表面之间，d/D＝0.85；邻近的水平发热圆柱体和冷的垂直表面之间，d/D=0.7；邻近的水平发热圆柱体和冷的水平表面之间，d/D=0.65。（4）在电路允许的情况下，元器件应根据其热特性按气流方向排列，使它们在气流通道上，并与气流直接进行热交换。将热敏元件或耐热差的元件放在进风口处，即气流上游；将耐热或发热量大的元件放在出风口处，即气流下游。（5）注意减小气流阻力，同时应防止气流短路。

若机箱内的底板、隔热板、屏蔽板等大面积的结构设计不合理，可能阻碍自然对流的气流，从而造成较大的阻力。固定印制板采用“空格式”结构，即用合金条支持印制板插座，在具有较高的机械强度的同时，使气流流动的阻力减小；若采用大面积底板，则挡住了机箱底部的通风孔，使空气不得不拐弯并流过较长的路径，这样很不利于自然对流。尤其是当底板与机箱底部之间的距离过小时，会产生较大的阻力。

同样，机箱内的大面积器件如印制板，应使其板面方向与气流流动方向保持一致，这样对流时就具有较小的阻力。同时，为了保证整个电子设备能得到充分的热交换，应注意消除自然对流的死区，避免造成局部散热不良。（6）机箱开孔大小及位置应与内部发热元件的位置相一致，尽量提高进、出风口的高度差。这是因为冷、热空气的密度不同引起了空气的自然对流，机箱进、出风口的高度差越大，其温差越大，进、出风口的空气密度差也就越大，则对流散热效果越好。

2.元器件的布局

为保证气流有足够的自然对流通道，元器件、零部件及机箱侧壁三者相互之间应保持一定的距离。

在电路允许的情况下，元器件应根据其热特征按气流方向排列，使它们在气流通道上，并与气流直接进行热交换。应将热敏元件或耐热差的元件放在进风口处（即气流上游），而将耐热或发热量大的元件放在出风口处（即气流下游），这样可以防止热量在机箱内扩散。如印制板上混合安装各种集成电路时，应注意将功率大、发热量大的集成电路放于气流上游（入口处），将小功率、发热量小的集成电路放于气流的下游（出口处），这样可使整个印制板上元件的温度较为均匀。又如，在布置元器件时应将不耐热的元器件（如电解电容）放在气流的上游，而将本身发热又耐热的元件，如电阻、变压器等放在气流的下游。对流散热主要是由于空气的流动，气流总是向风阻较小的地方流动，如果元器件配置不当，气流就不会沿预定的路线流动，将导致部分元器件过热，因此应减小需散热部位（指需散热的元器件位置）的风阻。当印制板上的元器件全部需散热时，应使风阻均匀。

3.元器件的热隔离

若同一机箱内同时具有较大发热量的元器件和对温度敏感的元器件，可在二者之间加装隔热板，隔开发热体对受热体的热幅射及热传导。需要注意的是，隔热板的安放及元器件的布置应有利于散热，不应构成一个新的散热障碍或新的热干扰源，这可以作为安装隔热板的一个原则。

电阻、晶体管等发热元器件应考虑靠近底板或机壳安装。在不影响电性能的情况下进行“热接地”，即把元件的“一极”接到机壳或底板等温度较低的结构件上，以利于散热。6.3.2电路板安装位置

在确定印制电路板的安放时，应注意印制板的位置排列。若设备内只有一块印制板，印制板垂直放置或水平放置，元件温升几乎没有区别。但大多数设备的内部都使用几块或几十块印制电路板，这时印制板应垂直并列安装，以利于自然对流换热。在自然通风的条件下，一样大小的印制板（元件高20mm左右）之间的配置间隔至少应在30mm以上，最好在35mm左右。当机箱内要同时装多块电路板时，应注意电路板本身在设备中的安装方向与位置。从散热的角度考虑，安装结构应有助于形成空气对流的通道，利用散热和空气的对流，散热效果较好。若印制电路板在安放设计时，印制板本身阻碍了空气的流动，则不利于通风和散热。若同时将发热量大的电源、变压器及功率损耗大的电阻等器件安放在下部，而将对温度较敏感的半导体器件安放在上部，则会造成上部的元器件受热影响。因此不论是从散热效果考虑，还是从温升所引起的噪声干扰角度考虑，都应从有利于散热的角度出发。电路板在设备内应尽量垂直安放，并且能使空气从下至上形成自然对流通道，中间不应有阻碍气流的元器件。电路板除了应按电路功能设计外，还应考虑按发热量大小归类。同一块印制板中若同时存在发热量大的元器件和怕热的元器件，应采取隔热措施，同时在安装时应注意方向，使发热量大的元器件靠上安放，怕热元器件靠下安放。6.3.3散热总体布局

在进行电子设备的总体布局时，应合理布置进风口、出风口的位置，尽量增大进、出风口之间的距离和它们的高度差，应力求减小设备内部空气的流动阻力。对于大面积的元器件及结构件，应特别注意其安放位置，它们有可能会阻断气流。若在空气流通路径中无大面积结构件，则散热良好；若有大面积底板挡住空气流通的路径，则流阻较大，不利于散热。 6.4箱体的通风散热

6.4.1自然散热与强迫散热

1.电子设备机箱的散热方法

电子设备箱体常用的散热方法包括自然散热、强迫通风散热、液体冷却、蒸发冷却、半导体制冷、热管传热等。通常最常用的方法是自然散热及强迫通风散热。确定电子设备散热的基本依据是设备的总发热量。温升与电子设备单位面积消耗功率的关系曲线如图6.4所示，该曲线提供了电子设备的实际耗散功率P（输入与输出功率之差，单位为W）与设备的单位面积S（设备的面积，单位为m2）之比与温升之间的大致关系。从图中可见，30℃为基准线，当温升超过30℃时，通常可采用强迫散热的方法；当温升低于30℃时，通常可采用自然散热的方法。图6.4温升与电子设备单位面积消耗功率的关系

例6.1有一直流稳压电源，其输入功率为600W，直流输出功率为250W，设其机箱的外形尺寸为435mm（宽）×230mm（高）×440mm（长），判断能否采用自然散热？

解设机箱的表面积为S，则有S=2×（0.435×0.230+0.435×0.440＋0.230×0.440）

=0.785（m2）≈0.8（m2）设该设备的内部耗散功率为P，则有P=600-250=350（W）

例6.2设有一台稳压电源，电源机箱尺寸为300mm×450mm×350mm，输出电压为0～30V