热门搜索:明装暖气片,散热器价格,散热器品牌

您当前位置:散热器网 > 技术

散热器设计的基本计算

发布日期:2018-12-01   浏览次数:1234

字体:【

   一、概念
 
  1、热路:由热源出发,向外传播热量的路径。在每个路径上,必定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阻碍作用——在热路中产生温度差,形成对热路中两点间指标性的评价。
 
  符号——Rth   单位——℃/W。
 
  稳态热传递的热阻计算:? Rth= (T1-T2)/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/(K·S)
 
  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,单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量。
 
  符号——K or?λ  单位——?W/m-K,
  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)
 
  推荐:器件选型时应达到如下标准民用等级:Tjmax≤150℃       工业等级:Tjmax≤135℃
 
  军品等级:Tjmax≤125℃       航天等级:Tjmax≤105℃
 
  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℃
 
  器件每升高2℃,可靠性下降10%;器件温升为50℃时,寿命只有温升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,忽略不影响计算,故可省略。
 
  Rthja≈Rthjc+Rthcs+Rthsa≈(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=(Rthjc+Rthcs+Rthsa)·P+T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组)件,固定一个风速(M/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)/P
 
  注:亦可根据已有条件,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(见下图)
  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:
 
  △T散热器=Rthsa·(Pj1+Pj2)
 
  每只管子的传热路径中,热阻引起的温升为
 
  △Tj1=(Rthjc1+Rthcs1)·Pj1      △Tj2=(Rthjc2+Rthcs2)·Pj2
 
  热路中,所有温升之和加上环境温度就是最大结温,即
 
  Tjmax1=△Tj1+△T散热器+T环境
 
  Tjmax2=△Tj2+△T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=(Rthjc1+Rthcs1)·Pj1+Rthsa·(Pj1+Pj2)+T环境
 
  J2的最大结温:Tjmax2=(Rthjc2+Rthcs2)·Pj2+Rthsa·(Pj1+Pj2)+T环境
 
  注: 判定计算出的最大结温,是否小于手册推荐结温;判定结温温升限值是否符合;注意计算时单位要统一。
 
  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,这就需要我们是否能提的出所有计算数据。
 
  4、关于余量问题,建议只要满足结温和温升限制,即可保证产品工作的可靠性。
 
  5、热设计的装配工艺应符合相应的工艺规范,首先确保装配的难度不大,其次考虑装配的步骤减少,即适应批量的流水装配作业。
  • 暖立方商城版权所有 2006-2012《中华人民共和国电信与信息服务业务经营许可证》编号:京ICP证080519号 京ICP备10217104号-20

  • Copyright © 2011-2015 shop.n3.com.cn All Right Reserved

  • 客户服务热线010-64822446 客服部QQ:318520259,2854598512,2351456769,2505815059