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散热器设计的基本计算 一、概念 热路电路热耗 P （ 热路 电路 热耗 P （W） 温 差 △T=T1－T2 （℃） 热阻 Rth=△T/P （℃/ W） 电流 VabI （A） 电压 Vab=Va －V b （V） 电阻 R=Vab/I （Ω） 热阻串联 R =R ＋R th th1 th2 ＋… 电阻串联 R=R ＋R ＋… 1 2 热阻并联 1/Rth=1/Rth1 ＋1/R ＋… th2 电阻并联 1/R=1/R ＋1/R ＋… 1 2 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。 常用材料导热率（20℃取上限值）W／m-K符号——K or λ 单位—— W／ 常用材料导热率（20℃取上限值） W／m-K 银 429 橡胶 Rubber 0.26 纯铜 401 灌封硅胶 TCS-260 0.577 紫铜 T1～T4 397 氧化铝陶瓷片 佳日丰泰 30 黄铜 30％Zn 109 绝缘布矽胶片 佳日丰泰 1.6 纯铝 237 导热石墨片 佳日丰泰 16 垂直 铝合金 1070 226 1900 平面 铝合金 1050 209 硅胶垫 佳日丰泰 5.0 铝合金 6063 201 矽胶套帽 佳日丰泰 1.0 铝合金 6061 160 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 推荐：器件选型时应达到如下标准 ） jmax 管芯 管芯 j 功率外壳 c 绝缘垫 散热器 s 环境空气 a T T T T jmax jmax T T T T jmax jmax 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。 ja jc cs saRth ≈Rth ＋Rth ＋Rth ≈(T － ja jc cs sa 结温 环温 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 J1J2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， J1 J2 2、共用同一散热器（见右图） 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： Psa△T ＝Rth ·（ P sa 散热器 j1＋Pj2） 每只管子的传热路径中，热阻引起的温升为： cs1 jc2 cs2△Tj1＝（Rthjc1＋Rth ）·Pj1 △Tj2＝（Rth ＋Rth ）·Pj2 cs1 jc2 cs2 T T T T T T T T T T T T T T T T jmax1 j1 散热器 环境 jmax2 j2 散热器 环境 条件 Pj1——电路设计计算Pj2——电路设计计算 Rth——器件手册查询 Rth jc1 R