【暖通学院】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。 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。

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。

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)/PT1——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。

符号——K or λ 单位—— W／m-K，

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（Tjmax）推荐：器件选型时应达到如下标准民用等级：Tjmax≤150℃

工业等级：Tjmax≤135℃军品等级：Tjmax≤125℃

航天等级：Tjmax≤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

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。

Rthja≈Rthjc＋Rthcs＋Rthsa≈(T结温－T环温)/P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 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，在热阻曲线图上选用足够尺寸的散热器。

2、共用同一散热器（见下图）