任何电子产品设计、“热管理”是关键元素,它决定了系统的最优性能和效率在其整个产品生命。本文将提供更多的洞察散热器的选择和设计。

一般类型的传热

在热能工程,热量从高温转移到较低的温度由以下3方面

办理:传热是由于分子的运动。分子在更高的温度下以更高的振幅和振动能量传递到低温分子。

对流:由于大部分运动发生的传热流体(空气或液体)从冷表面的热表面。

辐射:传热以电磁辐射的形式发生。

大多数电子设备冷却系统使用传导和对流传热的热管理类型。

如何为您的应用选择或设计一个散热器吗

一般来说,以下是主要的散热器的设计考虑因素良好的散热片的选择和设计。

• 设备工作温度范围(环境温度)
• 系统IP评级
• 产品尺寸
• 系统成本
• 可用性的对流冷却模式选择
• 绝缘/隔离需求
• 组件包

现在,如果你想为您的应用程序选择一个散热器,下面的步骤将派上用场。我们已经考虑了LM317电压调节器作为一个例子,但它可以是任何其他线性或开关组件。

步骤1:确定设备功耗:

确定散热器设计的第一步是确定有多少力量消散的半导体器件。有不同的方法计算功率损耗在半导体器件。下面的例子提供了信息如何计算出设备功耗线性电源

LM317,设计师要设计输出规范5 v_0.5a最大12 v的输入。LM317的功率耗散(后)x 0.5 = 3.5 w。

步骤2:提取数据表值:

下一步在获得设备功耗是提取热阻力值LM317数据表。

以下表中提取的圣LM317和按推荐的操作条件下,最大操作虚拟结温Tj = 125˚C。所以在任何操作条件下,Tj应该低于125˚C管理。

在获得最大结温评级,重要的是要确定设备的热阻。为了确定热阻,我们必须确定哪种类型的包是用于我们的设计。如果设计师决定使用- 220包,Junction-to-ambient热电阻Rө(JA) = 50˚C / W。

所以,没有一个散热器,可以计算——最大结温

Tj = Ta + Rө(JA) *的力量

Ta =环境温度(环境温度)

让我们在使用的系统35˚C环境范围。

Tj = 35 + (50 * 3.5) = 210˚C

根据计算,如果设备没有使用散热器、设备的最大结温达到210˚C。这应该是减少低于125˚C,因此应该使用散热器。

散热器计算来选择正确的类型的散热器

基于功耗和热设备制造商数据表的数据,我们发现设备不能运作是否没有散热器。为了选择正确的散热器,以下步骤都必须完成。

步骤:1)确定目标结温:

按数据表值,最大允许结温是125˚C。但是,提高效率和产品的生命周期,我们可以选择80%的最大评级。所以,目标可以100˚C结温。(目标结温度等级不同的基于应用程序)。

第2步:确定最高环境温度:

不同的电子产品将会在不同的环境中运作。一些系统将运行在完全空调单位,一些系统用于暴露开放区域,其中一些放在热机械。因此,根据环境条件,设计师必须识别和选择系统的工作环境条件和选择最大环境温度。这里LM317用于室内应用程序和最大环境温度为35˚C。

第3步:确定所需的热阻的值:

基于上述结果,要求整个系统的热阻可以计算使用以下关系。

Rө(JA) = Tj - Ta / PdRө(JA) = 100 - 35/3.5 = 18.57˚C / W

与散热器的热阻Rө(JA)可以作为- - - - - -

Rө(JA) = Rө(JC) + Rө(CS) + Rө(SA)

在- - - - - -

Rө(JC)——热阻结情况下——˚C / W

Rө(CS)——散热器热阻情况下——˚C / W

Rө(SA) -环境热阻散热器——˚C / W

第四步:获取结情况下热阻的价值:

下面的图像提供了半导体热系统的不同部分的详细信息。Rө(JC)可以获得从设备数据表(这里是LM317)。LM317 - - 220包,结情况下温度是5˚C / W。

5步骤:获取案件散热器(蒂姆)热阻的值:

的散热器热阻值取决于散热片之间的界面材料和电子设备。接口材料是用于确保完美的连接装置和散热器之间填充空气间隙和机械空洞,违规行为,并提供更好的热传导有或没有电气绝缘。

最常用的热界面材料热油脂、热糊、云母、硅垫,相变材料。热阻的热界面材料(蒂姆)之间的变化约0.2˚C / W来2˚C / W基于材料的类型,大小和厚度。

所以,基于应用程序、绝缘要求,和需要的热阻,可以选择适当的蒂姆材料。而选择热/硅垫,合适的尺寸,厚度,夹具压力水平进行分析。在我们的应用程序中,让我们以Wakefield-Vette - 173/174系列Deltapads导热绝缘材料,提供最多0.5˚C / W热阻。

步骤:获得散热器热阻值:6

从步骤3中,我们发现,设计应用程序所需的总热阻的价值是18.57˚C / W。

Rө(JA) = 18.57˚C / WRө(JA) = Rө(JC) + Rө(CS) + Rө(SA)

从步骤- 4,- 5步的结果

18.57 = 5 + 0.5 + Rө(SA) = > Rө(SA) = 18.57 - 5.5 = 13.07˚C / W

通过考虑利润率20%,最大选定散热器的热阻值应低于10.5˚C / W。

第七步:自然对流散热器的选择:

基于的散热器热阻价值10.5˚C / W, Aavid - 7021频道风格散热器与折叠鳍被选中,在自然对流热阻值(没有强制空气冷却)可以从下面厂家数据表图。

源- Aavid - 7021频道风格散热器与折叠鳍——数据表

基于上述曲线下自然对流为3.5 w,使用这个散热器温度高于环境温度在33˚C。等效热阻可以计算为33˚C / 3.5 W = 9.42˚C / W < 10.5˚C / W,是满足我们的需求。

LM317结温计算Aavid 7021散热器,Wakefield-Vette - 173 - 9系列Deltapads蒂姆在自然空气对流5 v_0.5a马克斯12 v的输入——输出

Tj = Ta + {(Rө(JC) + Rө(CS) + Rө(SA) * Pd}Tj = 35 + {} (5 + 0.5 + 9.42) * 3.5 = 87.22˚C

一步:8与强制空气对流散热器的选择(传导+对流):

如果上面的系统放置在55平方厘米面积外壳,使用12 CFM冷却风扇意味着空气速度每分钟英尺——下面计算关系

55平方。Sq.Feet厘米= 55/900 = 0.0612 cfm FPM = 12/0.06 = 200 FPM

散热器的热阻位于200英尺每分钟气流速度环境下图表中可以找到。

根据上面的图,散热器的热阻与200 fpm给出强制空气冷却为4.8˚C / W。

所以,LM317的结温与强制空气冷却可以找到下面的关系。

Tj = Ta + {(Rө(JC) + Rө(CS) + Rө(SA) * Pd}Tj = 35 + {} (5 + 0.5 + 4.8) * 3.5 = 71˚C

从上面的关系,发现固定功率的器件结温是通过适当的管理与传导和自然对流冷却散热器的选择模式。性能可以进一步改善通过添加强制空气对流与传导传热冷却系统。