散热器选择及散热计算
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="R"JC+RCS+RSA。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。
RJA≤(TJ-TA)/PD
则计算最大允许的散热器到环境温度的热阻RSA为
RSA≤({T_{J}-T_{A}}over{P_{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=40℃60℃。RJC的大小与管芯的尺寸封装结构有关，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℃/W;若器件底面不绝缘，需要另外加云母片绝缘，则其RCS 可达1℃/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1015%，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40℃，采用自然冷却。
查PA02器件资料可知:静态电流IQ典型值为27mA，最大值为40mA;器件的RJC(从管芯到
外壳)典型值为2.4℃/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=V^{2}_{S}/4RL，代入上式
PD=IQ(VS+|-VS|)+V^{2}_{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≤({T_{J}-T_{A}}over{P_{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℃/W)，RCS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
RSA≤{125℃-40℃}over{21.6W}-(2.6℃/W+0.2℃/W)≤1.135℃/W
HSO4在自然对流时热阻为0.95℃/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150℃，在设计中留有余地取125℃，环境温度也不能取25℃(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。
4.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。
5.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。
6.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。
印制电路板的热设计及其实施
前言
随着电予产品的轻薄小型化、高性能化，IC器件高集成化、引发印制电路板的集成度提高，发热量明显加大，特别是高频IC器件如A／D，D／A类的大量使用以及电路频率点的上移，PCB的热密度越来越大，如果散热问题解决不好，势必引起电路中半导体器件以及其它热敏感器件温度的升高，导致电路工作点的漂移和性能指标的下降，影响电路的稳定性和可靠性；特别对于机载、星载这类特殊环境中工作的电路，。热设计‘不合理可能会引发整个系统的失效，因此必须高度重视板级电路的热设计。
PCB热设计的目的是采取适当的措施和方法降低元器件的温度和PCB板的温度，使系统在合适的温度下正常工作。本文主要从减少发热元件的发热量及加快散热等方面探讨板级电路热设计及其实现方法。
1减小发热量
PCB中热量的来源主要有三个方面：(1)电子元器件的发热；(2)P c B本身的发热；(3)
其它部分传来的热。在这三个热源中，元器件的发热量最大，是主要热源，其次是PCB板产生的热，外部传入的热量取决于系统的总体热设计，这不在本文讨论范围。
图1
元器件的发热量是由其功耗决定的，因此在设计时首先应选用功耗小的元器件，尽量减小发热量。其次是元器件工作点的设定，一般应选择在其额定工作范围，在此范围内工作时性能佳，功耗小，寿命最长。功放类器件本身发热量就大，设计时尽量避免满负荷工作。对于大功率器件应贯彻降额设计的原则，适当加大设计富裕度，这无论是对于加大系统稳定性、可靠性和降低发热量都有好处。
PCB板由于线路本身电阻发热，以及交流、高频激化生热。PCB是由铜导体和绝缘介质材料组成，一般认为绝缘介质材料不发热。铜导体图形由于铜本身存在电阻，当电流通过时就发热，象mA(毫安)、uA(微安)级那样的小电流通过时，发热问题可忽略不计，但当大电流(百毫安级以上)通过时就不能忽视。
值得注意的是，当导体图形温度上升到85℃左右时，绝缘材料自身开始发黄(图1)，电流继续通过，最后铜图形熔断，特别是多层板内层图形，周围都是传热性差的树脂，散热困难，因而温度不可避免地上升，所以特别要注意导体图形线宽的设计。实际上在进行PCB布线设计时走线线宽主要依据其发热量和散热环境来确定的。铜导体的截面积决定了导线电阻(数字电路中线电阻引起的信号损耗可忽略不计)，铜导体和绝缘基材的导热率影响温升，进而决定载流量。图2是普通FR-4覆铜箔板铜导体图形线宽及截面积与允许电流之间的关系图。从图中可以看出：导体图形截面积一定，当其允许电流值为2A，温度上升值低于10℃时，对于35 Um铜箔，其线宽应设计为2mm：对于70um铜箔，其线宽应设计为lmm。由此得出：当导体的截面积、允许电流和温度上升值一定时，可通过增加铜箔厚度或加大线宽值两个方面来满足走线的散热要求。
2加快散热
在给定条件下，当板级电路中元器件温度上升到超过可靠性保证温度时，便要采取适当的散热对策，使其温度降低到可靠性工作范围内，这就是我们进行热设计的最终目的。散热是PCB热设计的主要内容。对于PCB来说，其散热无外乎三种基本类型一一导热、对流、辐射。辐射是利用通过空间的电磁波运动将热量散发出去，其散热量较小，通常作为辅助散热手段。导热和对流是主要散热手段，我们常用的散热方式一一用散热器将热量从热源上传导出来，利用空气对流散发出去。
2．1 通过元器件优化排列改善散热
2．1．1按散热要求进行元件布置
交错分散排列。在布板设计进行元件布局时，应将发热元器件与一般器件及温度敏感器件区分开，发热器件周围应留有足够的散热气体流动通道，发热元件应错开分散排列，如图3所示。这与通常布局时的整齐划一排列恰好相反，有利于改善散热效果。
当热性能不同的元件混合安装时，最好将发热量大的元件安装在下风处，放热小的元件安装在上风处。图4显示元件的常规排列，图4(b)是将发热大的元件安装在上风处，发热小的元件(C、IC等)安装在下风处，这样耐热差的元件会处在发元件散热的路径上，其结果是耐热性差的元件处较高温度处。所以，元件最好按图4(a)排列，实际上，导体图形设计要达到图4(a)的理想排列仍有困难。
热性能相同发热元器件布置：图5显示PCB上安装IC(0．3W)，LSI(1．5W)时温度上升的实测值。按图5(a)排列，IC的温度上升值是18℃-30℃，LSI温度上升值是50℃。按图5(b)排列，LSI温度上升值是40℃，比图5(a)排列还要低10℃。
因此，具有相同水平的耐热元件混合排列时，基本排列顺序是：耗电大的元件、散热性差的元件应装在上风处。
2．1．2 高发热器件加散热器、导热板
当PCB中有少数器件发热量较大时(少于3个)时，可在发热器件上加散热器或导热管，当温度还不能降下来时，可采用带风扇的散热器，以增强散热效果。当发热器件量较多时(多于3个)，可采用大的散热罩(板)，它是按PCB板上发热器件的位置和高低而定制的专用散热器或是在一个大的平板散热器上抠出不同的元件高低位置。将散热罩整体扣在元件面上，与每个元件接触而散热。但由于
元器件装焊时高低一致性差，散热效果并不好。通常在元器件面上加柔软的热相变导热垫来改善散热效果。
2．2通过PCB板本身散热
目前广泛应用的PCB板材是覆铜／环氧玻璃布基材或酚醛树脂玻璃布基材，还有少量使用的纸基覆铜板材。这些基材虽然具有优良的电气性能和加工性能，但散热性差，作为高发热元件的散热途径，几乎不能指望由PCB本身树脂传导热量，而是从元件的表面向周围空气中散热。但随着电子产品已进入到部件小型化、高密度安装、高发热化组装时代，若只靠表面积十分小的元件表面来散热是非常不够的。同时由于QFP、BGA等表面安装元件的大量使用，元器件产生的热量大量地传给PCB板，因此，解决散热的最好方法是提高与发热元件直接接触的PCB自身的散热能力，通过PCB板传导出去或散发出去。
2．2．1 选用导热性良好的板材
现今大量使用的环氧玻璃布类板材，其导热系数一股为0．2W／m℃。普通的电子电路由于发热量小，通常采用环氧玻璃布类基材制作，其产生的少量热量一般通过走线热设计和元器件本身散发出去。随着元件小型化、高集成化，高频化，其热密度明显加大，特别是功率器件的使用，为满足这种高散热要求后来开发出了一些新型导热性板材。如美国研制的T-Lam板材，它是在树脂内填充了高导热性的氮化硼粉，使其导热系数提高到4W／m℃，是普通环氧玻璃布类基材的20倍。美国Rogers公司开发的复合基材RO4000系列和TMM系列，它是在改性树脂中添加了陶瓷粉，使其导热系数提高到(0．6-1)W／m℃,是普通环氧玻璃布类基材的3—5倍，也是一种不错的选择。还有就是陶瓷基板，它是由纯度为92％-96％的氧化铝(AI2O3)制成，其导热系数提高到10W／m℃，是普通环氧玻璃布类基材的50倍，它大量使用在混合IC，微波集成器件以及功率组件中，是导热性良好基板材料。还有就是导热性较好的SiC和AIN等材料，其作为PCB基材应用还在进一步研究中。
2．2．2采用合理的走线设计实现散热
由于板材中的树脂导热性差，而铜箔线路和孔是热的良导体，因此提高铜箔剩余率和增加导热孔是散热的主要手段。
评价PCB的散热能力，就需要对由导热系数不同的各种材料构成的复合材料一一PCB用绝缘基板的等效导热系数(九eq)进行计算。PCB板的等效导热系数见图6所示。
从表2我们可以看出板厚度越小，铜箔越厚，铜箔剩余率越高，层数越多，其等效导热系数越大，P C B板的导(散)热效果越好。
PCB厚度方向的导热系数比表面的导热系数小得多。为了改善厚度方向的导热性，可采用导热孔。导热孔是穿过：PCB的金属化小孔(1．0mm-0.4mm)。其效果相当于一个细铜导管沿PCB厚度方向从其表面穿透，使PCB正背面的热量发生
短路，发热元件的热量向PCB背面迅速逃逸或传导给其它散热层。如安从表2我们可以看出板厚度越小，铜箔越厚，铜箔剩余率越高，层数越多，其等效导热系数越大，P C B板的导(散)热效果越好。
PCB厚度方向的导热系数比表面的导热系数小得多。为了改善厚度方向的导热性，可采用导热孔。导热孔是穿过：PCB的金属化小孔(1．0mm-0.4mm)。其效果相当于一个细铜导管沿PCB厚度方向从其表面穿透，使PCB正背面的热量发生短路，发热元件的热量向PCB背面迅速逃逸或传导给其它散热层。如安装在PCB 上的IC裸芯片，在其正下方的PCB板上设置无数个导热孔的设计方案正在普及。因此，在PCB走线时为提高散热能力，应采用粗线、厚铜箔、薄板、多层、大面积铺铜、加导热孔设计方案。
2．2．3 采用金属基(芯)POB板进行散热
金属基多层印制板是指在多层板的某一面衬上金属板，通过金属板向外散热或直接与外接散热装置相连起到快速散热的效果。目前市面上已有标准的单面铝基覆铜箔板材出售，并在开关电源、汽车、飞机发动机的驱动电路上大量使用。当电路密度较高，有双面SMT要求或通孔插装元件较多时，必须采用高导热型金属芯多层板来实现。它是将导热性较好的
金属板嵌入多层印制板的中间，其典型结构如图7金属芯板本身也可作为地层使用，其上下层可通过金属化孔(与芯板绝缘)互联，并通过导热孔实现热量在金属芯板内层和表面的传递。如图7所示，发热元件可通过底部和导热孔直接焊接在板面上，发热器件产生的热直接传递到金属芯板，由金属芯板经导热孔传给
接触的安装机箱而散发出去；热量较大时可铣去芯板两边的绝缘层，通过边缘裸露的金属芯板与机座接触散热，因此具有良好的散热效果。对处于密闭机箱中的电路散热是一种较好的选择金属芯PCB的芯材通常有铝、铜、钢等，后来开发出了覆铜因瓦复合材料(CIC)，它不仅具有良好的导热性，而且其热膨胀系数与半导体器件匹配性好，所制成的CIC金属芯板可应用于要求高可靠性、高组装密度、高功率、高性能的军用电子设备中。
在调试或维修电路的时候，我们常提到一个词“**烧了”，这个**有时是电阻、有时是保险丝、有时是芯片，可能很少有人会追究这个词的用法，为什么不是用“坏”而是用“烧”？其原因就是在机电产品中，热失效是最常见的一种失效模式，电流过载，局部空间内短时间内通过较大的电流，会转化成热，热**不易散掉，导致局部温度快速升高，过高的温度会烧毁导电铜皮、导线和器件本身。所以电失效的很大一部分是热失效。
那么问一个问题，如果假设电流过载严重，但该部位散热极好，能把温升控制在很低的范围内，是不是器件就不会失效了呢？答案为“是”。
由此可见，如果想把产品的可靠性做高，一方面使设备和零部件的耐高温特性提高，能承受较大的热应力（因为环境温度或过载等引起均可）；另一方面是加强散热，使环境温度和过载引起的热量全部散掉，产品可靠性一样可以提高。下面介绍下热设计的常规方法。
我们机电设备常见的是散热方式是散热片和风扇两种散热方式，有时散热的程度不够，有时又过度散热了，那么何时应该散热，哪种方式散热最合适呢？这可以依据热流密度来评估，热流密度=热量/ 热通道面积。
按照《GJB/Z27-92 电子设备可靠性热设计手册》的规定（如图1），根据可接受的温升的要求和计算出的热流密度，得出可接受的散热方法。如温升40℃（纵轴），热流密度0.04W/cm2（横轴），按下图找到交叉点，落在自然冷却区内，得出自然对流和辐射即可满足设计要求。
大部分热设计适用于上面这个图表，因为基本上散热都是通过面散热。但对于密封设备，则应该用体积功率密度来估算，热功率密度=热量/ 体积。下图（图2）是温升要求不超过40℃时，不同体积功率密度所对应的散热方式。比如某电源调整芯片，热耗为0.01W，体积为0.125cm3，体积功率密度=0.1/0.125=0.08W/cm3，查下图得出金属传导冷却可满足要求。
(温升要求为40度时，根据体积功率密度的不同，选择适宜的冷却方式。适用于密封单元的冷却)
按照上图，可以得出冷却方法的选择顺序：自然冷却一导热一强迫风冷一液冷一蒸发冷却。体积功率密度低于0.122W/cm3传导、辐射、自然对流等方法冷却；0.122-0.43W/cm3强迫风冷；0.43～O.6W/cm3液冷；大于0.6W/cm3蒸发冷却。注意这是温升要求40℃时的推荐参考值，如果温升要求低于40℃，就需要对散热方式降额使用，0.122时就需要选择强迫风冷，如果要求温升很低，甚至要选择液冷或蒸发冷却了。
这里面还应注意一个问题，是不是强迫风冷能满足散热要求，我们就可以随便选择风扇转速呢，就好像说某件工作，专科学历的知识水平即可胜任，是不是随便抓个大专生就能做好呢，当然不是，风扇的转速与气流流速有直接关系，这里又涉及一个新概念——热阻。
热阻=温度差/ 热耗（单位℃/W）
热阻越小则导热性能越好，这个概念等同于电阻，两端的温度差类似于电压，传导的热量类似于电流。风道的热阻涉及流体力学的一些计算，如果我们在热设计方面要求不是很苛刻，可通过估算或实验得出，如果要求很苛刻，可以查阅《GJB/Z27-92 电子设备可靠性热设计手册》，里面有很多系数、假设条件的组合，三言两语说不清楚，个别系数我也没搞明白如何与现实的风道设计结合，比如，风道中有一束电缆、风道的壁不是均匀的金属板，而是有高低不平带器件的电路板，对一些系数则只能估算了，最准确的方式反而是实验测量了。
热阻更多的是用于散热器的选择，一般厂家都能提供这个参数。举例，芯片功耗20W，芯片表面不能超过85℃，最高环境温度55℃，计算所需散热器的热阻R。计算：实际散热器与芯片之间的热阻近似为0.1℃/W，则(R+0.1)=(85-55) ℃/20W，则R=1.4℃/W。依据这个数值选散热器就可以了。
这里面注意一个问题，我们在计算中默认为热耗≈芯片功率，对一般的芯片，我们都可以这样估算，因为芯片中没有驱动机构，没有其他的能量转换机会，大部分是通过热量转化掉了。而对于电源转换类芯片或模块，则不可以这样算，比如电源，它是一个能源输出，它的输入电量一部分转化成了热，另外很大部分转化成电能输出了，这时候就不能认为热耗≈功率。
以上部分是定量设计部分的内容，在有了一个定量的设计指导后，也有一些具体的工程技巧来帮助实现理论计算结果的要求。一般的热设计思路有三个措施：
降耗、导热、布局。
降耗是不让热量产生；导热是把热量导走不产生影响；布局是热也没散掉但通过措施隔离热敏感器件；有点类似于电磁兼容方面针对发射源、传播路径、敏感设备的三个措施。
降耗是最原始最根本的解决方式，降额和低功耗的设计方案是两个主要途径，低功耗的方案需要结合具体的设计进行分析，不予赘述。器件选型时尽量选用发热小的元器件，如片状电阻、线绕电阻(少用碳膜电阻)；独石电容、钽电容(少用纸介电容)；MOS、CMOS电路(少用锗管)；指示灯采用发光二极管或液晶屏(少用白炽灯)，表面安装器件等。除了选择低功耗器件外，对一些温度敏感的特型元件进行温度补偿与控制也是解决问题的办法之一，尤其是放大电路的电容电阻等定量测量关键器件。
降额是最需要考虑的降耗方式，假设一根细导线，标称能通过10A的电流，电流在其上产生的热量就较多，把导线加粗，增大余量，标称通过20A的电流，则同样都是通过10A电流时，因为内阻产生的热损耗就会减小，热量就小。而且因为降额，在环境温度升高时，器件性能下降情况下，但因为有余量，即使性能下降，也能满足要求，这是降额对于增强可靠性的另一个作用，将是另一篇博客文章的内容。
导热的设计规范比较多，挑一些比较常见的罗列：
1.进风口和出风口之间的通风路径须经过整个散热通道，一般进风口在机箱下侧方角上，出风口在机箱上方与其最远离的对称角上；
2.避免将通风孔及排风孔开在机箱顶部朝上或面板上；
3.为防止气流回流，进口风道的横截面积应大于各分支风道截面积之和；
4.对靠近热源的热敏元件，采用物理隔离法或绝热法进行热屏蔽。热屏蔽材料有：石棉板、硅橡胶、泡沫塑料、环氧玻璃纤维板，也可用金属板和浇渗金属膜的陶瓷；
5.将散热>1w的零件安装在机座上，利用底板做为该器件的散热器，前提是机座为金属导热材料；
6.热管安装在热源上方且管与水平面夹角须>30度；
7.PCB用多层板结构（对EMC也有非常非常大的好处），使电源线或地线在电
路板的最上层或最下层…
8.热源器件专门设计在一个印制板上，并密封、隔离、接地和进行散热处理；
9.散热装置(热槽、散热片、风扇)用措施减少热阻：
(1)扩大辐射面积，提高发热体黑度；
(2)提高接触表面的加工精度，加大接触压力或垫入软的可展性导热材料；
(3)散热器叶片要垂直印制板；
(4)大热源器件散热装置直接装在机壳上；
10.密封电子设备内外均涂黑漆可辅助散热；为避免辐射热影响热敏器件、热源屏蔽罩内面的辐射能力要强（涂黑），外面光滑（不影响热敏器件），通过热传导散热。
11.密封电子设备机壳内外有肋片，以增大对流和辐射面积。
12.不重复使用冷却空气；
13.为了提高主要发热元件的换热效率、可将元件装入与其外形相似的风道内。
14.抽鼓风冷却方式的选择…
15.风机的选择…
16.被散热器件与散热器之间充填导热膏(脂)，以减小接触热阻；
17.被散热器件与散热器之间要有良好的接触，接触表面光滑、平整，接触面粗糙度Ra≤6.3μm；
18.辐射是真空中传热的唯一方法，1确保热源具有高的辐射系数，如果处于嵌埋状态，利用金属传热器传至冷却装置上；2增加辐射黑度ε；3增加辐射面积s；4辐射体对于吸收体要有良好的视角，即角系数φ要大；5不希望吸收热量的零部件，壁光滑易于反射热。
19.机壳表面温度不高于环境温度10℃
20.液体冷却设计注意事项…
21.半导体致冷适用于…
22.变压器和电感器热设计检查项目…
23.减小强迫对流热阻的措施…
24. 降低接触热阻的措施…
布局：
1.元器件布局减小热阻的措施：
(2)元器件安装在最佳自然散热的位置上；
(2)元器件热流通道要短、横截面要大和通道中无绝热或隔热物；
(3)发热元件分散安装；
(4)元器件在印制板上竖立排放。
2.元器件排放减少热影响：
(1)有通风口的机箱内部，电路安装应服从空气流动方向：进风口→放大电路→逻辑电路→敏感电路→集成电路→小功率电阻电路→有发热元件电路→出风口，构成良好散热通道；
(2)发热元器件要在机箱上方，热敏感元器件在机箱下方，利用机箱金属壳体作散热装置。
3.合理布局准则：
(2)将发热量大的元件安装在条件好的地方，如靠近通风孔；
(2)将热敏元件安装在热源下面。零件安装方向横向面与风向平行，利于热对流。
(3)在自然对流中，热流通道尽可能短，横截面积应尽量大；
(4)冷却气流流速不大时，元件按叉排方式排列，提高气流紊流程度、增加散热效果；
(5)发热元件不安装在机壳上时，与机壳之间的距离应>35—40cm
4.冷却内部部件的空气进口须加过滤装置，且不必拆开机壳即可更换或清洗。
5.设计上避免器件工作热环境的稳定性，以减轻热循环与冲击而引起的温度应力变化。温度变化率不超过1℃/min，温度变化范围不超过20℃，此指标要求可根据产品不同由厂家自行调整。
6.元器件的冷却剂及冷却方法应与所选冷却系统及元件相适应，不会因此产生化学反应或电解腐蚀。
7.冷却系统的电功率一般为所需冷却热功率的3%一6%；
8.冷却时，气流中含有水分，温差过大，会产生凝露或附着，防止水份及其它污染物等导致电气短路、电气间隙减小或发生腐蚀。措施：1冷却前后温差不要过大；2温差过大会产生凝露的部位，水分不会造成堵塞或积水，如果有积水，积水部位的材料不会发生腐蚀；4对裸露的导电金属加热缩套管或其他遮挡绝缘措
施；
上面对降耗、导热、布局的三类措施作了简要的罗列，在我们设计一个系统时，也要有一些系统的指标进行评价和作为设计目标，比如电子设备的进口空气与出口空气温差应<14℃、系统总功耗< ** W、系统用到的电源电压不超过**种（种类越多，变换就多，效率损失就多）…
暖气片如何选型及计算
暖气片报价如何选型及计算 机械循环热水采暖系统，摩擦阻力损失占50%，局部阻力损失占50%； 换热器按0.1-0.15MPa估算； 设计裕量:10-20%。 1MPa=10KGF/CM2=100MH2O 1MMH2O=10Pa 循环水泵如何选择? 应根据计算所得的水量G及总循环阻力H来选择水泵.与外网连接的系统应换算外网在本楼接口处的供回水压差，是否够用(城市热网一般预留压差≥5MH2O)。 金旗舰散热器的工作压力定多少是合适的? 我国暖通空调设计规范规定,采暖系统高度超过50M时就应分区设置.这时系统的静压约为55MH2O。而采暖系统的动压(推动水循环，包括换热器等)约为20M-30M H2O,动压和静压的总和约为70-90MH2O (即0.7-0.9MPa)。所以散热器的工作压力取1.0MPa已够用了。关于个别城市热网直连的情况可作特殊处理。 系统运行前的压力测试如何进行? 在系统或系数的某部分投入运行前,必须对其进行压力测试.首先,所测系统应排出空气并充满处理过的水，然后用泵将压力升到至少为工作压力的1.5倍。这一压力应该至少保持10分钟，压力下降
不超过0.02 Mpa才为合格，在压力测试过程中，应对接头，连接处和设备进行目测检查以确保无泄漏。测试人员应进行记录，该记录应包括时间、地点、观测设备以及测试的初始和终了压力等信息，也应包括注意到的可能渗漏.最后测试人员在测试记录上签字。具体测点位置及系统试压的压力值均应按施工验收规范要求确定。 热水供暖系统设计应强调哪些问题? 应从以下6方面考虑： 1、必须保证满水条件下的闭式循环,最好实现密闭式热水采暖系统； 2、必须强调供暖水质的处理及控制； 3、必须保证有足够的水量,足够的资用压头； 4、必须有良好的排气,保证水循环畅通； 5、必须考虑水力平衡,保证各组散热器均能通水； 6、对较长的直管段,必须考虑热补偿。 三散热器选择与比较 购房要注意有关供暖系统的哪些问题? 可以从7个方面加以考虑： 1、注意散热器的热负荷,即每平方米的散热量.华北地区的砖混结构住宅,一般配置70W/㎡；节能型保温建筑配置50W/㎡；华中及华东地区的独立供暖住宅，一般配置120～130W/㎡。 2、看散热器类型是否安全舒适.面积很大的房间最好选用R021B 1800的散热器,散热均匀又安全舒适；
散热器设计的基本计算(最新整理)
散热器设计的基本计算 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。 热路电路 热耗P （W）电流V ab I （A） 温差△T=T1－T2 （℃）电压V ab=V a－V b（V） 热阻R th=△T/P （℃/ W）电阻R=V ab/I （Ω） 热阻串联R th=R th1＋R th2＋…电阻串联R=R1＋R2＋… 热阻并联1/R th=1/R th1＋1/R th2＋…电阻并联1/R=1/R1＋1/R2＋… 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: R th= (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: R th=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，
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7075 130矽硅膜鑫鑫顺源0.9铁80导热膏KDS-2 0.84不锈钢17 空气 0.04 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（T jmax ） ?推荐：器件选型时应达到如下标准 民用等级：T jmax ≤150℃ 工业等级：T jmax ≤135℃军品等级：T jmax ≤125℃ 航天等级：T jmax ≤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 1)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
蒸汽散热器选型计算书
散热器选型计算说明书 一、根据客户提供的工艺参数： 蒸汽压力：10kgf/cm2温度：175℃ 热空气出风温度150℃温差按15℃，闭式循环 烤箱内腔尺寸：716*1210*4000MM 风量G=6000-7000M3/H 补新风量为20% 二、选型计算： 1．满足工艺要求的总负荷 Q1=0.24Gγ（Δt）=0.24×6500×0.9×15 =21060Kcal/h Q2=0.24Gγ（Δt2）=0.24×6500×20%×1.0×125 =39000 Kcal/h 总热负荷Q=Q1+Q2=60060Kcal/h 2．根据传热基本方程式Q=KA△Tm △T m=△Tmax - △Tmin ln△Tmax/△Tmin =（100-20）-(175-150) ln(75/30) =47.4℃ 则换热面积A=Q / ψK△Tm 根据我公司产品性能及工艺要求，初选换热系数K=33Kcal/h·m2·℃ 则换热面积A=60060 / 1.0×（33×47.4） =38.4m2 设计余量取18% 则总换热面积A=45m2
根据空气阻力小，风速较低，受风面积较大的原则，初选风速V=4m/s 则所需排管受风表面积=6500 /（3600×4）=0.45m2 根据客户提供空间尺寸，推荐参数800×500mm，受风面积为： 0.4m2 所以，初选散热器换热面积为45 m2 表面管数：11根. ￠18X2.0-38不锈钢铝复合管. 排数：8排. 3．性能复核计算： 1）此散热器净通风截面积为0.4m2 2）实际风速V=6500/（3600×0.4×0.55）=8.2m/s 查表知此温度下的空气比重γ=0.95KG/M3 5）根据我公司的散热管性能曲线图，当片距为3.0mm Vr=7.8kg/ m2·s时，散热管的空气阻力h=3.6mmWg 6)该散热排管8排，其空气阻力h=3.6×8=29mmWg 此空气阻力远小于900Pa 的风压，所以，我公司所选型号: SGL-8R-11-800-Y，换热面积为45 m2， 迎风尺寸：800X500mm。符合设计要求。 以上选型供参考。 广州捷玛换热设备有限公司 2017-03-02
散热器的选型与计算
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θJA=54℃/W,温升是132℃,设室温25℃,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=26℃/W.再查7805的热阻,TO-220封装的热阻θJA=54℃/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4℃/W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℃/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-T a)/Pd Tjmax :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 ={24×0.75+(-24)×(-0.25)}-9.8×0.25×2 =5.5℃/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/A]C 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=1.0A=17.6×7+17.6×1×13 算得散热器热阻RQd-a=4.1℃/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
热阻计算
热阻计算 一般，热阻公式中，Tcmax =Tj - P*Rjc的公式是在假设散热片足够大而且接触足够良好的情况下才成立的，否则还应该写成Tcmax =Tj - P*（Rjc+Rcs+Rsa)。Rjc表示芯片内部至外壳的热阻，Rcs表示外壳至散热片的热阻，Rsa表示散热片的热阻。没有散热片时，Tcmax =Tj - P*（Rjc+Rca)。Rca 表示外壳至空气的热阻。 一般使用条件用Tc =Tj - P*Rjc的公式近似。厂家规格书一般会给出，Rjc， P等参数。一般P是在25度时的功耗。当温度大于25度时，会有一个降额指标。 一、可以把半导体器件分为功率器件和小功率器件。 1、大功率器件的额定功率一般是指带散热器时的功率，散热器足够大时且散热良好时，可以认为其表面到环境之间的热阻为0，所以理想状态时壳温即等于环境温度。功率器件由于采用了特殊的工艺，所以其最高允许结温有的可以达到175度。但是为了保险起见，一律可以按150度来计算。适用公式：Tc =Tj - P*Rjc。设计时，Tj最大值为150，Rjc已知，假设环境温度也确定，根据壳温即等于环境温度，那么此时允许的P也就随之确定。 2、小功率半导体器件，比如小晶体管，IC，一般使用时是不带散热器的。所以这时就要考虑器件壳体到空气之间的热阻了。一般厂家规格书中会给出Rja，即结到环境之间的热阻。（Rja=Rjc+Rca)。 同样以三级管2N5551为例，其最大使用功率1.5W是在其壳温25度时取得的。假设此时环境温度恰好是25度，又要消耗1.5W的功率，还要保证结温也是25度，唯一的可能就是它得到足够良好的散热！但是一般像2N5551这样TO-92封装的三极管，是不可能带散热器使用的。所以此时，小功率半导体器件要用到的公式是： Tc =Tj - P*Rja Rja:结到环境之间的热阻。一般小功率半导体器件的厂家会在规格书中给出这个参数。 2N5551的Rja，厂家给的值是200度/W。已知其最高结温是150度，那么其壳温为25度时，允许的功耗可以把上述数据代入Tc =Tj - P*Rja 得到： 25=150-P*200,得到，P=0.625W。事实上，规格书中就是0.625W。因为2N5551不会加散热器使用，所以我们平常说的2N5551的功率是0.625W而不是1.5W！ 还有要注意，SOT-23封装的晶体管其额定功率和Rja数据，是在焊接到规定的焊盘（有一定的散热功能）上时测得的。
散热器如何选型及计算
散热器如何选型及计算 散热器如何选型及计算;【1】散热器基础;1、散热量计量单位的W是什么?;散热器技术性能中的W是热功率计量单位;金属热强度Q(W/KG.℃):是指金属散热器内热;各种散热器的金属热强度比较表;3、什么是散热器的传热系数?;散热器的传热系数K(W/㎡.℃):是指散热器内热;4、散热器的散热过程是什么样的?;当温度较高的热媒在散热器内流过时,热媒所携带的热;1、散热器如何选型及计算【1】散热器基础 1、散热量计量单位的W 是什么? 散热器技术性能中的W 是热功率计量单位。是指每米或每片(柱)散热器在不同工况下每小时的散热量(瓦)。 2、什么是金属热强度?其在工程中的实际意义是什么? 金属热强度Q(W/KG .℃):是指金属散热器内热媒的平均温度与室内空气温度相差1℃时,每公斤质量的金属单位时间所散出的热量. Q值越大,说明散出同样的热量所耗用金属越少.这个指标是衡量散热器节能和经济性的一个指标。 各种散热器的金属热强度比较表 3、什么是散热器的传热系数? 散热器的传热系数K(W/㎡.℃):是指散热器内热媒的平均温度与室内气温相差为1度时,每平方米散热面积所传出的热量.该值与散 热面积的乘积,再乘标准传热温差(64.5℃)就是该散热器的标准散热 量.即Q=K.F.64.5,在散热面积一定的情况下,K值越大,则散热器的
散热量就越大.K值为整个传热过程的综合系数(包括对流传热和辐射传热),与散热器本身的特点和使用条件有关,如水流情况,内外表面 情况等。 4、散热器的散热过程是什么样的? 当温度较高的热媒在散热器内流过时,热媒所携带的热量通过散 热器不断地传给温度较低的室内空气,其散热过程为: 1、金旗舰铜铝复合散热器88/95散热器内的热媒通过对流换热把热量传给散热器内壁面(内表面放热系数) 2、内壁面靠导热把热量传给外壁; 3、外壁靠对流换热把大部分热量传给空气,又靠辐射把一小部分热量传给室内的物体和人. 5、散热器的水容量对采暖的影响如何? 散热器水容量对采暖的影响: 1、散热器的水容量大,采暖系统热惰性比较大,在锅炉间断供热时,水冷却时间稍长一些,采暖房间仍可以保持相当长时间的一定温度. 但再供水时,水升温也比较慢.大水容量的系统调节反映速度较慢.在连续供热时,对供暖质量无影响; 2、散热器的水容量小,启动时间短,温度调节灵敏,居室升温快, 便于分户计量供热,既省钱又方便; 3、热量是靠流动的水携带和运输的,水容量大小对热量无直接影响,只是调节时间有长短分别。
散热器的选型与计算..
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θ JA=54℃/W,温升是132℃, 设室温25℃,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=26℃/W.再查7805 的热阻,TO-220 封装的热阻θ JA=54℃/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4℃/W 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 ℃/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)/Pd Tjmax : 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 ={24×0.75+(-24) ×(-0.25)}-9.8 ×0.25 ×2
=5.5 ℃ /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/A]C 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=17.6×7+17.6 ×1×13 算得散热器热阻RQd-a=4.1℃ /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
设备散热器、风扇的选型和设计计算
散热、吸热，还是绝热重要？ ________________________________________ 在这儿之前,有一个很重要的问题要问各位,您知道什么是"热"吗?在您选择一项产品之前.您得先知道您用钞票换得手中的宝贝要解决的是什么物理现象,千万别当了冤大头!"热(He at)"是能量吗? 严格来说它不算是能量,应该说是一种传递能量的形式.就好象作功一样.微观来看,就是区域分子受到外界能量冲击后,由能量高的分子传递至能量低的区域分子(就像是一种扩散 效应),必须将能量转嫁释放出来.所以能量的传递,就是热.而大自然界最根本的热产生方式,就是剧烈的摩擦(所谓摩擦生热如是说!).从电子(量子力学)学的角度而言,当电子束滑过电子信道时,会因为与导线(trace)剧烈摩擦而产生热,它形成一股阻力,阻止电子流到达另一端(就像汽车煞车的效果是一样的).我们统称作"废热". 所以当CPU的速度越高,表示它的I/O(Inp ut/Output)数越高,线路布局越复杂.就好比一块同样面积的土地上.您不断的增加道路面积; 不断的膨胀车流量,下场是道路越来越窄,而车子越来越多,不踩煞车,能不出车祸吗?当然热 量越来越高.信不信,冷飕飕的冬天,关在房里打计算机,你会爱死它,又有得杀时间,又暖和!只是不巧,炎炎夏日又悄悄的接近了…… "传热(Heat Transfer)":既然说热是一种传递能量的形式.那就不能不谈传递的方法了.总的来说整个大自然界能量传递的方式被我们聪明的老祖先(请记住.热力学Thermal Dynami c是古典力学的一种!)概分为三种,接下来我用最浅显易懂的方式分别介绍这门神功的三大基本奥义让各位知道: 1.)热传导(Conduction) 物质本身或当物质与物质接触时,能量传递的最基本形式(这里所说的物质包括气体,液体,与固体).当然气体与液体(我们统称为流体)本身因为结构不似固体紧密.我们又有另外一个专有名词来形容它,叫做热扩散(Diffusion).若诸位看官真有兴趣的话,不妨把下面的公式熟记,对以后您专业素养的养成,抑或是将来更深入的技术,探讨彼此的沟通都非常有帮助(这可是入门的第一招式,千万别放弃您当专业消费者的权益了!).另外,为了避免您一开始走火入魔,请容我先将所有的单位(Unit)都拿掉. Q = K*A*ΔT/ΔL 其中Q为热量;就是热传导所能带走的热量. K为材料的热传导系数值(Conductivity);请记住,它代表材料的热传导特性,就像是出生证明一样.若是纯铜,就是396.4;若是纯铝,就是240;而我们都是人,所以我们的皮肤是0.38,记住! 数值越高,代表传热越好.(详细的材料表我将于日后择篇幅再补述!) A代表传热的面积(或是两物体的接触面积.) ΔT代表两端的温度差;ΔL则是两端的距离. 让我们来看一下图标,更加深您的印象! 热传导后温度分布 铜材的导热系数高,经过热传导后,温度在铜材中分布就非常均匀,相反的,木材的导热系数偏低,于是相同的传导距离,木材的温度分布就明显的不均匀(温度颜色衰减的非常快;表示热量传导性不良.) 从上述的第一招式我们可以知道.热传导的热传量.跟传导系数,接触面积成正比关系(越大,则传热越好!)而跟厚度(距离)成反比.好,有了这个观念,现在让我们把焦点转到散热片身上,当散热片与热源接触,我们需要的是"吸热",能够大量的把热吸走,越多越好.各位可以到市面上看看最近有一些散热片的底部会加一块铜板不是吗?或甚至干脆用铜当散热片底板.就是
热传导计算
热传导计算 随着微电子技术的飞速发展，芯片的尺寸越来越小，同时运算速度越来越快，发热量也就越来越大，如英特尔处理器3.6G 奔腾4终极版运行时产生的热量最大可达115W ，这就对芯片的散热提出更高的要求。设计人员就必须采用先进的散热工艺和性能优异的散热材料来有效的带走热量，保证芯片在所能承受的最高温度以内正常工作。 如图 1所示，目前比较常用的一种散热方式是使用散热器，用导热材料和工具将散热器安装于芯片上面，从而将芯片产生的热量迅速排除。本文介绍了根据散热器规格、芯片功率、环境温度等数据，通过热传导计算来求得芯片工作温度的方法。 芯片的散热过程 由于散热器底面与芯片表面之间会存在很多沟壑或空隙，其中都是空气。由于空气是热的不良导体，所以空气间隙会严重影响散热效率，使散热器的性能大打折扣，甚至无法发挥作用。为了减小芯片和散热器之间的空隙，增大接触面积，必须使用导热性能好的导热材料来填充，如导热胶带、导热垫片、导热硅酯、导热黏合剂、相转变材料等。如图2所示，芯片发出的热量通过导热材料传递给散热器，再通过风扇的高速转动将绝大部分热量通过对流（强制对流和自然对流）的方式带走到周围的空气中，强制将热量排除，这样就形成了从芯片，然后通过散热器和导热材料，到周围空气的散热通路。 表征热传导过程的物理量
在图3的导热模型中，达到热平衡后，热传导遵循傅立叶传热定律： Q="K"·A·(T1-T2)/L (1) 式中：Q为传导热量（W）；K为导热系数（W/m℃）；A 为传热面积（m2）；L为导热长度（m）。(T1-T2)为温度差。 热阻R表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力，表示为： R＝(T1-T2)/Q＝L/K·A (2) 对于单一均质材料，材料的热阻与材料的厚度成正比；对于非单一材料，总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大，但不是纯粹的线形关系。 对于界面材料，用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适，热阻抗定义为其导热面积与接触表面间的接触热阻的乘积，表示如下： Z＝(T1-T2)/(Q/A)＝R·A (3) 表面平整度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响，而这些因素又与实际应用条件有关，所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件。导热系数指物体在单位长度上产生1℃的温度差时所需要的热功率，是衡量固体热传导效率的固有参数，与材料的外在形态和热传导过程无关，而热阻和热阻抗是衡量过程传热能力的物理量。 芯片工作温度的计算 如图4的热传导过程中，总热阻R为： R="R1"+R2+R3 (4) 式中：R1为芯片的热阻；R2为导热材料的热阻；R3为散热器的热阻。导热材料的热阻R2为： R2＝Z/A (5) 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+P×R (6)
散热器简化设计计算方法
壁挂散热器价格简化设计计算方法 一. 金旗舰散热量Q的计算 1.基本计算公式： Q=S×W×K×4.1868÷3600 （Kw） 式中： ①.Q —散热器散热量（KW）=发动机水套发热量×（1.1～1.3） ②.S —散热器散热面积（㎡）=散热器冷却管的表面积+2×散热带 的表面积。 ③.W —散热器进出水、进出风的算术或对数平均液气温差（℃）， 设计标准工况分为：60℃、55℃、45℃、35℃、25℃。它们分别对应散热器允许适用的不同环境大气压和自然温度工况条件。④.K —散热系数（Kcal/m.h.℃）。它对应关联为：散热器冷却管、散热带、钎焊材料选用的热传导性能质量的优劣；冷却管与散热带钎焊接合率的质量水平的优劣；产品内外表面焊接氧化质量水平的优劣；冷却管内水阻值（通水断面积与水流量的对应关联—水与金属的摩擦流体力学），散热带风阻值（散热带波数、波距、百叶窗开窗的翼宽、角度的对应关联—空气与金属的摩擦流体阻力学）质量水平的优劣。总体讲：K值是代表散热器综合质量水平的关键参数，它包容了散热器从经营管理理念、设计、工装设备、物料的选用、采购供应、制造管理控制全过程的综合质量水平。根据多年的经验以及
数据收集，铜软钎焊散热器的K值为：65～95 Kcal/m2.h.℃；改良的簿型双波浪带铜软钎焊散热器的K值为：85～105 Kcal/m2.h.℃；铝硬钎焊带电子风扇系统的散热器的K值为：120～150 Kcal/m2.h.℃。充分认识了解掌握利用K值的内涵，可科学合理的控制降低散热器的设计和制造成本。准确的K值需作散热器风洞试验来获取。 ⑤.4.1868和3600 —均为热能系数单位与热功率单位系数换算值⑥.发动机水套散热量=发动机台架性能检测获取或根据发动机升功 率、气门结构×经验单位系数值来获取。 二、计算程序及方法 1. 散热面积S（㎡） S=冷却管表面积F1+2×散热带表面积F2 F1={ [2×(冷却管宽－冷却管两端园孤半径)]+2π冷却管两端园孤半径}×冷却管有效长度×冷却管根数×10 F2=散热带一个波峰的展开长度×一根散热带的波峰数×散热带的 宽度×散热带的根数×2×10 2. 算术平均液气温差W（℃） W=[(进水温度+出水温度)÷2]-[(进风温度+出风温度)÷2] 常用标准工况散热器W值取60℃，55℃，增强型取45℃，35℃。这要根据散热器在什么工况环境使用条件下来选取。 3. 散热系数K
散热片计算方法
征热传导过程的物理量 在图3的导热模型中,达到热平衡后,热传导遵循傅立叶传热定律: Q=K·A·(T1-T2)/L (1) 式中:Q为传导热量(W);K为导热系数(W/m℃);A 为传热面积(m2);L为导热长度(m).(T1-T2)为温度差. 热阻R表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力,表示为: R＝(T1-T2)/Q＝L/K·A(2) 对于单一均质材料,材料的热阻与材料的厚度成正比;对于非单一材料,总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大,但不是纯粹的线形关系. 对于界面材料,用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适,热阻抗定义为其导热面积与接触表面间的接触热阻的乘积,表示如下: Z＝(T1-T2)/(Q/A)＝R·A (3) 表面平整度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响,而这些因素又与实际应用条件有关,所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件.导热系数指物体在单位长度上产生1℃的温度差时所需要的热功率,是衡量固体热传导效率的固有参数,与材料的外在形态和热传导过程无关,而热阻和热阻抗是衡量过程传热能力的物理量. 芯片工作温度的计算 如图4的热传导过程中,总热阻R为: R=R1+R2+R3 (4) 式中:R1为芯片的热阻;R2为导热材料的热阻;R3为散热器的热阻.导热材料的热阻R2为: R2＝Z/A (5) 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+P×R (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℃/W,功率为5W,最高工作温度为90℃,散热器热阻为1.5℃/W,导热材料的热阻抗Z为5.8℃cm2/W,导热材料的传热面积为5cm2,周围环境温度为50℃.导热材料理论热阻R4为: R4＝Z/A＝5.8 (℃·cm2/W)/ 5(cm2)=1.16℃/W(7) 由于导热材料同芯片和散热器之间不可能达到100%的结合,会存在一些空气间隙,因此导热材料的实际热阻要大于理论热阻.假定导热材料同芯片和散热器之间的结合面积为总面积的60%,则实际热阻R3为: R3＝R4/60%＝1.93℃/W(8) 总热阻R为: R=R1+R2+R3=5.18℃/W (9) 芯片的工作温度T2为: T2＝T1+P×R＝50℃+(5W× 5.18℃/W)＝75.9℃ (10) 可见,芯片的实际工作温度75.9℃小于芯片的最高工作温度90℃,处于安全工作状态. 如果芯片的实际工作温度大于最高工作温度,那就需要重新选择散热性能更好的散热器,增加散热面积,或者选择导热效果更优异的导热材料,提高整体散热效果,从而保持芯片的实际工作温度在允许范围以内(作者:方科 )转载
汽车水散热器的概述及理论设计计算
汽车水散热器的概述 及理论设计计算 一、散热器概述 1汽车散热器的定义： 汽车散热器是水冷式发动机冷却系统的关键部件。通过强制水循环对发动机进行冷却，是保证发动机在正常的温度范围内连续工作的换热装置。 1、散热器在汽车中的重要地位 1汽车总成 产值比重按不同的车型能够占汽车总成的1~2.5% 2发动机总成 产值比重按不同的车型能够占发动机的15%左右 3、散热器结构的发展 1管片式开窗结构 2铜质管带式平片结构 3铜质管带式开窗结构 4铝质汽车散热器 5铜塑水箱或铝塑水箱 4、散热器的结构 1基本结构 2带补偿水壶结构 3带膨胀水箱结构
三、汽车的整体结构 温度过高及过低的坏处 温度过高 3温度过高时大多数零件都受热膨胀，温度越高，膨胀越大4零件在高温下会降低强度，不能很好地工作 5温度过高时，其润滑油粘度降低，会加剧零件的磨损 6气缸内的温度过高时，进入气缸内的新鲜空气很快膨胀，就减少了进气量，降低功率。 7在汽油机中，气缸内温度过高时，容易产生爆炸现象 温度过低 2燃料不能完全燃烧,使燃料消耗增加 3使润滑油粘度增高,零件的摩擦阻力加大,消耗较多的功率,因而减少了输出功率 4废气中的水蒸气与硫化物生成一种叫亚硫酸的液滴腐蚀零件5传走的热能增加,转变为机械功的热能减少,造成过多的散热损失.汽车分类最新标准 以前的分类是我国1988年6月发布的有关标准GB/T3730.1-1988。 2目前新标准已将汽车的分类作了修改: 3一是废除了“轿车”的提法 4二是不再将”越野车”单独分类 5三是将汽车分为乘用车和商用车两大类 乘用车（不超过9座）：
1分为普通乘用车、活顶乘用车、高级乘用车、小型乘用车、敞篷车、仓背乘用车、旅行车、多用途乘用车、短头乘用车、越野乘用车、专用乘用车。 商用车: 2分为客车、货车和半挂牵引车 3客车细分为小型客车、城市客车、长途客车、铰接客车、无轨客车、越野客车、专用客车。 4货车细分为普通货车、多用途货车、全挂牵引车、越野货车、专用作业车、专用货车。 RV车-------休闲车 RV大致分为3大类型 1MPV:是在轿车底盘基础上开发的。 2SUV:是一种越野车、休闲车概念的延伸。 六、水散热器的设计 散热器在汽车零部件中是强度较薄弱的环节，要求散热器在有限的空间内应具有足够的散热能力和较高的使用寿命。 1、水套的总散热量的计算 （1）Qn=q * N q----水套的比散热量，取1994~2563KJ/KW*h，柴油取上限。 N----最大功率(KW) Qn----最大功率点工况水套总散热量(KJ/h) （2）Qm=q*Me*Ne/9550 q----水套的比散热量
液压系统温升及散热器选型计算
液压系统温升及散热器 选型计算 The manuscript was revised on the evening of 2021
液压系统温升及散热器选型计算 液压系统油液温升计算及冷却器选型 摘要: 介绍了液压系统的系统损耗功率及油液温升的计
算。通过对两种冷却器的比较, 提出了正确的选型方法。 关键词: 液压系统; 油液温升; 冷却器; 损耗功率 1 前言 液压系统的压力、容积和机械损失构成总的能 量损失, 这些能量损失都将转化为热量, 使系统油温升高。油温的变化将直接影响液压元件的寿命; 油温升高将使油液氧化, 加速油液的变质; 油温过高还严重影响液压油的稳定性, 进而影响液压系统的寿命和传动效率。为此, 必须对系统进行发热与温升计算, 以便对系统温升加以控制。下面对液压系统的发热量及温升计算和冷却器的选择予以介绍。 2 系统损耗功率和温升计算 损耗功率计算 液压系统发热的主要原因是由液压泵和执行器 的功率损失以及溢流阀的溢流损失造成的。其系统的损耗功率即发热功率为: H=P( 1- η) 式中: P—系统泵组的总驱动功率; η—系统效率。 η=ηP ηC ηA 其中: ηP —液压泵的效率, 可从产品样本中查到; ηA —液压执行器总效率, 液压缸一般取～; ηC —液压回路的效率。 ηC
= Σp1 q1 Σp P q P 式中: Σp1 q1 —各执行器负载压力和负载流量即输入 流量乘积的总和; Σp p q p —各液压泵供油压力和输出流量乘积的 总和。 系统的损耗功率即发热功率H 也可按下式估 算, 由于热能的损耗总量约占泵组驱动功率的15% ～30%, 因此: H=( 15%～30%) P 油液温升计算 液压系统中产生的热量H, 由系统中各个散热 面散发至空气中, 其中油箱是主要散热面。因为管道散热面积相对较小, 且与其身的压力损失产生的热量基本平衡, 故一般略去不计。当只考虑油箱散热 时, 其散热量H O 可按下式计算: H O=KAΔt 式中: K—散热系数[ W(/ m2·℃) ] , 计算时可选用推荐值: 当通风很差( 空气不循环) 时, K=8[ W/ ( m2·℃) ] ; 通风良好( 空气流速为1m/s 左右) 时, K=14～20[ W(/ m2·℃) ] ; 风扇冷却时, K=20～25[ W(/ m2·℃) ] ; 用循环水冷却时, K=110～175[ W(/ m2·℃) ] 。 A—油箱散热面积, m2;
如何计算散热器的散热功率
如何计算散热器的散热功率 Calculation Corner Estimating Parallel Plate-Fin Heat Sink Thermal Resistance Robert E. Simons, Associate Editor, IBM Corporation As noted previously in this column, the trend of increasing electronic module power is making it more and more difficult to cool electronic packages with air. As a result there are an increasing number of applications that require the use of forced convection air-cooled heat sinks to control module temperature. An example of a widely used type of heat sink is the parallel plate configuration shown in Figure 1. Figure 1. Parallel plate fin heat sink configuration. In order to select the appropriate heat sink, the thermal designer must first determine the maximum allowable heat sink thermal resistance. To do this it is necessary to know the maximum allowable module case temperature, T case , the module power dissipation, P mod , and the thermal resistance at the module-to-heat sink interface, R int . The maximum allowable temperature at the heat sink attachment surface, T base , is given by
发动机散热器的设计计算
发动机散热器的设计计算 散热片面积是冷却水箱的基本参数，通常单位功率所需散热面积为0.20~0.28㎡/KW。发动机后置的车辆冷却条件比较差，工程机械行走速度慢没有迎风冷却，因此所配置的水箱散热面积宜选用上限。 水箱所配相关管道不能太小，其中四缸机的管道内径≧37mm，六缸机的管道内径≧42mm。 水箱迎风面积要求尽可能大一点，通常情况下为0.31~0.37㎡/KW，后置车、工程车辆还要大一些，由于道路条件改善，长时间的高速公路上高速行驶，或者容易超载，经常爬坡的车辆也要选得大一点。 对冷却液的要求： 1.冷却作用：有效的带走一定的热量，使发动机得到冷却，防止过热。 2.防冻作用：防止冷却液结冰而导致水箱和柴油机水腔冻裂。 3.防氧化和腐蚀：冷却液可防止金属件的氧化和腐蚀。 为改善发动机的工作条件，进一步提高其冷却性能，发动机后置或者重型车都配置了膨胀水箱。膨胀水箱应高于散热水箱50mm左右，必须具有相当于冷却系统总容积6%的冷却液膨胀空间，储备水量应是冷却系统总容积的11%，有暖风时达到20%，冷却液液面不能淹没加水伸长颈管，加水伸长颈管上部必须设通气孔，通气管不宜小于φ3.2mm，膨胀水箱最低液面以下水深不得低于50mm，以防止空气进入注水管。 由于受到发动机水循环系统进出口口径大小的限制，发动机进水接口外径为34mm（散热器出水接口外径也为34mm），发动机回水接口外径为35mm（散热器回水接口外径为35mm）。 本产品所选用的发动机额定功率为：110kw 在设计或选用冷却部件时应以散入冷却系统的热量Q为原始数据，来计算冷却系统的循环水量和冷却空气量：
用经验式 =???==3600 21.0431*******.03600u e e W h p Ag Q 69.14kJ/s=59450kcal/h 燃料热能传给冷却系的分数，取同类机型的统计量，%，柴油机A=0.23～0.30，取A=0.25 e g -燃料消耗率，kg/kw.h ；柴油机为0.210 e P -发动机有效功率，取最大功率110kw 若水冷式机油散热器，要增加散热量，W Q 增大5%～10%. 在算出发动机所需的散走的热量后，可计算冷却水循环量 187.41000814.69??=?= W W W W W C r t Q V =206.41L/min W t ?-冷却水循环的容许温升（6?-12?），取8? W r -水的密度，（1000kg/3m ） W C -水比热（4.187kJ/kg.C ?） 实际冷却水循环量为：==W a V V 2.1247.69L/min 冷却空气需要量：047.101.12014.69??=?= Pa W W W W C r t Q V =3.27m 3/s a t ?-散热器前后流动空气的温度差，取20C ? a r -空气密度，一般a r 取1.01kg/3m Pa C -空气的定压比热，可取Pa C =1.047kJ/kg.C ? 二．散热器设计 1.散热器的计算所根据的原始参数是散热器散发的热量和散热器的外形尺寸。 散热器散发的热量就等于发动机传给冷却液的热量。 已知散热器散发的热量后，所需散热面积F 可由下式计算：
散热器如何选型及计算
散热器如何选型及计算 【1】散热器基础 1、散热量计量单位的W 是什么？ 散热器技术性能中的W 是热功率计量单位。是指每米或每片（柱）散热器在不同工况下每小时的散热量（瓦）。2、什么是金属热强度？其在工程中的实际意义是什么？ 金属热强度Q（W/KG .℃）:是指金属散热器内热媒的平均温度与室内空气温度相差1℃时,每公斤质量的金属单位时间所散出的热量.Q值越大,说明散出同样的热量所耗用金属越少.这个指标是衡量散热器节能和经济性的一个指标。各种散热器的金属热强度比较表 3、什么是散热器的传热系数? 散热器的传热系数K(W/㎡.℃):是指散热器内热媒的平均温度与室内气温相差为1度时,每平方米散热面积所传出的热量.该值与散热面积的乘积,再乘标准传热温差(64.5℃)就是该散热器的标准散热量.即Q=K.F.64.5,在散热面积一定的情况下,K值越大,则散热器的散热量就越大.K值为整个传热过程的综合系数(包括对流传热和辐射传热),与散热器本身的特点和使用条件有关,如水流情况,内外表面情况等。 4、散热器的散热过程是什么样的? 当温度较高的热媒在散热器内流过时,热媒所携带的热量通过散热器不断地传给温度较低的室内空气,其散热过程为: 1、散热器内的热媒通过对流换热把热量传给散热器内壁面(内表面放热系数) 2、内壁面靠导热把热量传给外壁; 3、外壁靠对流换热把大部分热量传给空气,又靠辐射把一小部分热量传给室内的物体和人. 5、散热器的水容量对采暖的影响如何? 散热器水容量对采暖的影响: 1、散热器的水容量大,采暖系统热惰性比较大,在锅炉间断供热时,水冷却时间稍长一些,采暖房间仍可以保持相当长时间的一定温度.但再供水时,水升温也比较慢.大水容量的系统调节反映速度较慢.在连续供热时,对供暖质量无影响； 2、散热器的水容量小,启动时间短,温度调节灵敏,居室升温快,便于分户计量供热,既省钱又方便； 3、热量是靠流动的水携带和运输的,水容量大小对热量无直接影响,只是调节时间有长短分别。 【注】：铝制散热器水容量最小，所以铝制散热器升温快，调节灵活，可实现人在快速升温，人离即可降温的间歇式供暖。
电源功率器件散热器计算
电源功率器件散热器计算 一、7805 设计事例 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θJA=54℃/W，温升是132℃，设室温25℃，那么 将会达到7805 的 热保护点150℃，7805 会断开输出。 二、正确的设计方法是： 首先确定最高的环境温度，比如60℃，查出民品7805 的最高结 温 Tj(max)=125℃，那么允许的温升是65℃。要求的热阻是 65℃/2.45W=26℃/W。 再查7805 的热阻，TO-220 封装的热阻θJA=54℃/W， TO-3 封装（也就是大家说的“铁壳”）的热阻θJA=39℃/W，均 高于要求值，都不能使用（虽然达不到热保护点，但是超指标使用还 是不对的）,所以不论那种封装都必须加散热片。资料里讲到加散热片 的时候，应该加上4℃/W 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℃/W。其实这个值非常大，只要是个散热片即可满足。 三、散热片尺寸设计 散热片计算很麻烦的，而且是半经验性的，或说是人家的实测结果。 基本的计算方法是:
1.最大总热阻θja ＝（器件芯的最高允许温度TJ －最高环境 温度 TA ）/ 最大耗散功率 其中，对硅半导体，TJ 可高到125℃，但一般不应取那么高，温度太高会降 低可靠性和寿命。 最高环境温度TA 是使用中机箱内的温度，比气温会高。 最大耗散功率见器件手册。 2.总热阻θja＝芯到壳的热阻θjc ＋壳到散热片的θcs ＋散热片到环 境的θsa 其中，θjc 在大功率器件的DateSheet 中都有，例如3---5 θcs对TO220 封装，用2 左右，对TO3 封装，用3 左右，加导热硅脂后， 该值会小一点，加云母绝缘后，该值会大一点。 散热片到环境的热阻θsa 跟散热片的材料、表面积、厚度都有关系，作为 参考，给出一组数据例子。 a.对于厚2mm 的铝板，表面积（平方厘米）和热阻（℃/W）的对应关系是： 中间的数据可以估计了。