电子产品热设计方案规范.docxVIP

电子产品热设计规范 1?概述 1.1?热设计的目的 采用适当可靠的方法控制产品内部所有电子元器件的温度，使其 在所处的?工作环境条件下不超过稳定运行要求的最高温度，以保证 产品正常运行的安全性，长期运行的可靠性。 1.2?热设计的基本问题 1.2.1?耗散的热量决定了温升，因此也决定了任一给定结构的温 度； 1.2.2?热量以导热、对流及辐射传递出去，每种形式传递的热量 与其热阻成反比； 1.2.3?热量、热阻和温度是热设计中的重要参数； 1.2.4?所有的冷却系统应是最简单又最经济的，并适合于特定的 电气和机械、环境条件，同时满足可靠性要求； 1.2.5?热设计应与电气设计、结构设计、可靠性设计同时进行， 当出现矛盾时，应进行权衡分析，折衷解决； 1.2.6?热设计中允许有较大的误差； 1.2.7?热设计应考虑的因素：包括 结构与尺寸 功耗 产品的经济性 与所要求的元器件的失效率相应的温度极限 电路布局 工作环境 1.3?遵循的原则 1.3.1?热设计应与电气设计、结构设计同时进行，使热设计、结 构设计、电气设计相互兼顾; 1.3.2?热设计应遵循相应的国际、国内标准、行业标准; 1.3.3?热设计应满足产品的可靠性要求，以保证设备内的元器件 均能在设定的热环境中长期正常工作。 1.3.4?每个元器件的参数选择及安装位置及方式必须符合散热 要求； 1.3.5?在规定的使用期限内，冷却系统(如风扇等)的故障率应比 元件的故障率低； 1.3.6?在进行热设计时，应考虑相应的设计余量，以避免使用过 程中因工况发生变化而引起的热耗散及流动阻力的增加。 1.3.7?热设计不能盲目加大散热余量，尽量使用自然对流或低转 速风扇等可靠性高的冷却方式。使用风扇冷却时，要保证噪音指标符 合标准要求。 1.3.8?热设计应考虑产品的经济性指标，在保证散热的前提下使 其结构简单、可靠且体积最小、成本最低。 1.3.9?冷却系统要便于监控与维护 2?热设计基础 2.1?术语 2.1.1?温升 指机柜内空气温度或元器件温度与环境温度的差。如果忽略温度 变化对空气物的非线性影响，可以将一般环境温度下（如空调房?27℃） 测量获得的温升直接加上最高可能环境温度获得最恶劣环境下的器 件近似温度。例如在空调房内测得某器件温升为?40℃，则在?55℃最 高环境温度下该器件的温度将为?95℃。 2.1.2?热耗 指元器件正常运行时产生的热量。热耗不等同于功耗，功耗指器 件的输入功率。一般电子元器件的效率比较低，大部分功率都转化为 热量。计算元器件温升时，应根据其功耗和效率计算热耗，当仅知道 大致功耗时，对于小功率设备，可认为热耗等于功耗，对于大功耗设 备，可近似认为热耗为功耗的?75%。其实为给设计留一个余量，有时 直接用功耗进行计算。但注意电源模块的效率比较高，一般为 70%~95%，对于同一个电源模块，输出功率越小，效率越低。 2.1.3?热流密度 单位面积上的传热量，单位?W/m2?。 2.1.4?热阻 热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力的 大小，表明了?1W?热量所引起的温升大小，单位为℃/W?或?K/W。用 热耗乘以热阻，即可获得该传热路径上的温升。 可以用一个简单的类比来解释热阻的意义，换热量相当于电流， 温差相当于电压，则热阻相当于电阻。 以下是一些单板元器件热分析使用的重要热阻概念，这些热阻参 数一般由元器件生产厂商根据标准实验测量提供，可在器件的用户说 明书中查出： 2.1.4.1?结至空气热阻?R  ja 元器件的热源结（junction）到周围冷却空气（ambient）的总 热阻，乘以其发热量即获得器件温升。 2.1.4.2?结至壳热阻?R  jc 元器件的热源结到封装外壳间的热阻，乘以发热量即获得结与壳 的温差。 2.1.4.3?结至板热阻?R  jb 元器件的结与?PCB?板间的热阻，乘以通过单板导热的散热量即获 得结与单板间的温差。 2.1.5?导热系数 表征材料导热性能的参数指标，它表明单位时间、单位面积、负 的温度梯度下的导热量，单位为?W/m.K?或?W/m.℃ 2.1.6?对流换热系数 反映两种介质间对流换热过程的强弱，表明当流体与壁面的温差 为?1?℃时，在单位时间通过单位面积的热量，单位为?W/m?.K?或?W/m?.℃ 2.1.7?层流与紊流(湍流) 层流指流体呈有规则的、有序的流动，换热系数小，热阻大，流 动阻力小； 紊流指流体呈无规则、相互混杂的流动，换热系数大，热阻小， 流动阻力大。层流与紊流状态一般由雷诺数来判定。在热设计中，尽 可能让热耗大的关键元器件周围的空气流动为紊流状态，因为紊流时 的换热系数会是层流流动的数倍。 2.1.8?流阻 反映流体流过某一通道时所产生的静压差。单位帕斯卡