散热设计.doc

SECTION1:大功率器件的散热设计资讯,说明书,维修工控商务网为您提供最专业的资讯、报价、说明书、维修、应用案例电子技术不断发展,大功率器件发热功耗越来越大、热流密度不断增加。产品散热设计对产品可靠性有着至关重要影响。要对大功率器件进行良好散热设计,首先要了解功率器件热性能指标,然后选择合适散热方式,正确风道设计以及对散热器进行必要优化分析,最后规范、正确安装散热器使器件达到最佳散热效果。1、器件热性能参数器件厂家会提供器件焊接温度、封装形式、工作温度范围、器件结点温度限制、内部热阻等信息,这是参数是进行散热设计基础和前提。下面对一些常用热参数逐一说明:TDP—器件热耗散功耗,单位W(瓦),表示器件实际发热量大小Tc--器件壳体温度,单位℃Tj--结点温度,单位℃。结点温度提高,半导体器件性能将会下降。结点温度超过最大限制,器件寿命极度下降烧毁。这是进行热设计关注焦点。Ta--环境温度,单位℃Rja--结点到环境热阻,单位℃/WRjc--结点到器件壳热阻,单位℃/W归根到底,热设计主要任务是要满足:Tj<Tj(max)并留有适当余量(通常要保证有10%以上余量)。Tj(max)=P*Rjc+Tc(max)Tc(max)即器件表面最高温度,很显然散热设计越成功,Tc(max)就会越低。2、散热方式选择系统散热方式选择应充分考虑系统发热功耗,温度/体积/重量要求,防护等级,散热装置可操作性,价格等诸多因素,最终选择最适合自己产品、有效散热方式。散热主要分为:自然散热、强迫风冷。液体冷却等。目前普遍采用散热方式仍然是风冷。下表反映了不同散热方式状况下热流密度与温升关系。自然散热:空气自然对流将热量带到周围空间。这种散热方式可以用发热功率不大,重量,温度等要求不高场合。优点:结构简单、无噪音、价格低廉。强迫风冷:发热功耗大器件,选用强迫风冷是很必要,尤其配合一些高效能散热器可以达到理想散热效果。强迫风冷换热效率高,一般是自然散热方式数倍。优点:散热效率高,产品重量可被大幅度降低。3、风机选型以及风道设计系统采用强迫风冷散热方式,选择合适散热风机直接决定了系统散热状况。要进行风机选型,首先需要确定系统所需要散热风量,下面公式计算:其中∆T表示了系统进/出风口温度差。风机选型要结合系统风量需求、系统阻力、风扇特性曲线等要求进行综合评估确认。强迫风冷系统风道实际很关键,风道一般分为送风和抽风两种方式,这两种方式优缺点分别是:送风方式:A、风扇出口附近气流主要为紊流流动,局部换热强烈,宜用于发热器件比较集中情况,此时必须将风扇主要出风口对准集中发热元件B、吹风时将设备内形成正压,可止缝隙中灰尘进入设备C、风扇将不会受到系统散热量影响,工作较低空气温度下,风扇寿命较长抽风方式:A、送风均匀,适用于发热器件分布比较均匀,风道比较复杂情况B、进入风扇流动主要为层流状态C、风扇将出风口高温气流下工作,寿命会受影响D、系统内形成负压,缝隙中灰尘将进入机柜/箱4、散热器优化大功率器件散热器优化主对散热器基板厚度、齿片厚度,间距,高度,表面处理方式等参数进行优化设计。计算机仿真技术不断进步,我们可以依托电子热仿真分析软件对散热器进行优化,优化结果准确、直观。5、正确安装正确合理安装可以保障散热产品良好发挥其作用,提升产品整体可靠性。我们知道:散热产品安装过程中主要保证器件与散热器有着良好、充分表面接触----使器件与散热器之间接触热阻尽可能低。影响接触热阻主要因素有以下几方面原因1、接触面平面度2、散热产品与热源接触压力3、热界面材料选用和涂抹正确涂抹界面材料建议使用专用治具,可以参考下面图片,保证热界面材料均匀,—。SECTION2:散热设计基础一、热交换基本定律及计算(一)热交换基本定律(二)由热力学第二定律可知,只要有温差存在,热量就会自发地从高温物体传向低温物体,形成热交换。热交换有三种模式:传导、对流、辐射。就大多数电源的散热问题而言,传导和对流是主要的散热模式。但实际上在任何一个热分析问题中,三种模式都不同程度地存在着,下面就这三种热交换模式进行分析。。它是功率半导体器件的结到壳和外壳到散热器的最有效途径。在纯传导中,热与温度的关系式为 ,因此热空气和冷空气之间自然会形成对流。对流实质上是利用流动的气体或液体流过热导体表面将热量带走。对流符合牛顿热定理,,所以导热体就会以电磁波的形式向外发送热量。散热器的表面温度越高,表面越粗糙,表面发黑率越高,散热器辐射能量的能力就越强。因此多数散热器都经过氧化发黑处理,就是为了要增大热辐射的