散熱器選型與計算

1、散熱器的選型與計算以7805為例說明問題. 設(shè)I=350mA,Vin=12V,則耗散功率Pd=(12V-5V)*0.35A=2.45W 按照TO-220封裝的熱阻JA=54/W,溫升是132,設(shè)室溫25,那么將會達到7805的熱保護點150,7805會斷開輸出. 正確的設(shè)計方法是: 首先確定最高的環(huán)境溫度,比如60,查出7805的最高結(jié)溫TJMAX=125,那么允許的溫升是65.要求的熱阻是65/2.45W=26/W.再查7805的熱阻,TO-220封裝的熱阻JA=54/W,均高于要求值,都不能使用,所以都必須加散熱片,資料里講到加散熱片的時候,應(yīng)該加上4/W的殼到散熱片的熱阻. 計算散熱片應(yīng)

2、該具有的熱阻也很簡單,與電阻的并聯(lián)一樣,即54/x=26,x=50/W.其實這個值非常大,只要是個散熱片即可滿足.散熱器的計算: 總熱阻RQj-a=(Tjmax-Ta)/Pd Tjmax :芯組最大結(jié)溫150 Ta :環(huán)境溫度85 Pd : 芯組最大功耗 Pd=輸入功率-輸出功率 =240.75+(-24)(-0.25)-9.80.252 =5.5/W 總熱阻由兩部分構(gòu)成,其一是管芯到環(huán)境的熱阻RQj-a,其中包括結(jié)殼熱阻RQj-C和管殼到環(huán)境的熱阻RQC-a.其二是散熱器熱阻RQd-a,兩者并聯(lián)構(gòu)成總熱阻.管芯到環(huán)境的熱阻經(jīng)查手冊知 RQj-C=1.0 RQC-a=36 那么散熱器熱阻RQd

3、-a應(yīng)6.4. 散熱器熱阻RQd-a=(10/kd)1/2+650/AC 其中k:導(dǎo)熱率鋁為2.08 d:散熱器厚度cm A:散熱器面積cm2 C:修正因子取1 按現(xiàn)有散熱器考慮,d=1.0A=17.67+17.6113 算得 散熱器熱阻RQd-a=4.1/W,散熱器選擇及散熱計算目前的電子產(chǎn)品主要采用貼片式封裝器件，但大功率器件及一些功率模塊仍然有不少用穿孔式封裝，這主要是可方便地安裝在散熱器上，便于散熱。進行大功率器件及功率模塊的散熱計算，其目的是在確定的散熱條件下選擇合適的散熱器，以保證器件或模塊安全、可靠地工作。散熱計算任何器件在工作時都有一定的損耗，大部分的損耗變成熱量。小功率器件損

4、耗小，無需散熱裝置。而大功率器件損耗大，若不采取散熱措施，則管芯的溫度可達到或超過允許的結(jié)溫，器件將受到損壞。因此必須加散熱裝置，最常用的就是將功率器件安裝在散熱器上，利用散熱器將熱量散到周圍空間，必要時再加上散熱風扇，以一定的風速加強冷卻散熱。在某些大型設(shè)備的功率器件上還采用流動冷水冷卻板，它有更好的散熱效果。散熱計算就是在一定的工作條件下，通過計算來確定合適的散熱措施及散熱器。功率器件安裝在散熱器上。它的主要熱流方向是由管芯傳到器件的底部，經(jīng)散熱器將熱量散到周圍空間。若沒有風扇以一定風速冷卻，這稱為自然冷卻或自然對流散熱。熱量在傳遞過程有一定熱阻。由器件管芯傳到器件底部的熱阻為RJC，器件

5、底部與散熱器之間的熱阻為RCS，散熱器將熱量散到周圍空間的熱阻為RSA，總的熱阻RJA=RJC+RCS+RSA。若器件的最大功率損耗為PD，并已知器件允許的結(jié)溫為TJ、環(huán)境溫度為TA，可以按下式求出允許的總熱阻RJA。RJA(TJ-TA)/PD則計算最大允許的散熱器到環(huán)境溫度的熱阻RSA為RSA(T_J-T_AoverP_D)-(RJC+RCS)出于為設(shè)計留有余地的考慮，一般設(shè)TJ為125。環(huán)境溫度也要考慮較壞的情況，一般設(shè)TA=4060。RJC的大小與管芯的尺寸封裝結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般可以從器件的數(shù)據(jù)資料中找到。RCS的大小與安裝技術(shù)及器件的封裝有關(guān)。如果器件采用導(dǎo)熱油脂或?qū)釅|后，再與散熱器安裝

6、，其RCS典型值為0.10.2/W;若器件底面不絕緣，需要另外加云母片絕緣，則其RCS可達1/W。PD為實際的最大損耗功率，可根據(jù)不同器件的工作條件計算而得。這樣，RSA可以計算出來，根據(jù)計算的RSA值可選合適的散熱器了。散熱器簡介小型散熱器(或稱散熱片)由鋁合金板料經(jīng)沖壓工藝及表面處理制成，而大型散熱器由鋁合金擠壓形成型材，再經(jīng)機械加工及表面處理制成。它們有各種形狀及尺寸供不同器件安裝及不同功耗的器件選用。散熱器一般是標準件，也可提供型材，由用戶根據(jù)要求切割成一定長度而制成非標準的散熱器。散熱器的表面處理有電泳涂漆或黑色氧極化處理，其目的是提高散熱效率及絕緣性能。在自然冷卻下可提高10-15

7、%，在通風冷卻下可提高3%，電泳涂漆可耐壓500800V。散熱器廠家對不同型號的散熱器給出熱阻值或給出有關(guān)曲線，并且給出在不同散熱條件下的不同熱阻值。計算實例一功率運算放大器PA02(APEX公司產(chǎn)品)作低頻功放，其電路如圖1所示。器件為8引腳TO-3金屬外殼封裝。器件工作條件如下:工作電壓VS為18V;負載阻抗RL為4，工作頻率直流條件下可到5kHz，環(huán)境溫度設(shè)為40，采用自然冷卻。查PA02器件資料可知:靜態(tài)電流IQ典型值為27mA，最大值為40mA;器件的RJC(從管芯到外殼)典型值為2.4/W，最大值為2.6/W。器件的功耗為PD:PD=PDQ+PDOUT式中PDQ為器件內(nèi)部電路的功耗

8、，PDOUT為輸出功率的功耗。PDQ=IQ(VS+|-VS|)，PDOUT=V2_S/4RL，代入上式PD=IQ(VS+|-VS|)+V2_S/4RL=37mA(36V)+18V2/44=21.6W式中靜態(tài)電流取37mA。散熱器熱阻RSA計算:RSA(T_J-T_AoverP_D)-(R_JC+R_CS)為留有余量，TJ設(shè)125，TA設(shè)為40，RJC取最大值(RJC=2.6/W)，RCS取0.2/W，(PA02直接安裝在散熱器上，中間有導(dǎo)熱油脂)。將上述數(shù)據(jù)代入公式得RSA125-40over21.6W-(2.6/W+0.2/W)1.135/WHSO4在自然對流時熱阻為0.95/W，可滿足散熱

9、要求。注意事項1.在計算中不能取器件數(shù)據(jù)資料中的最大功耗值，而要根據(jù)實際條件來計算;數(shù)據(jù)資料中的最大結(jié)溫一般為150，在設(shè)計中留有余地取125，環(huán)境溫度也不能取25(要考慮夏天及機箱的實際溫度)。2.散熱器的安裝要考慮利于散熱的方向，并且要在機箱或機殼上相應(yīng)的位置開散熱孔(使冷空氣從底部進入，熱空氣從頂部散出)。3.若器件的外殼為一電極，則安裝面不絕緣(與內(nèi)部電路不絕緣)。安裝時必須采用云母墊片來絕緣，以防止短路。4.器件的引腳要穿過散熱器，在散熱器上要鉆孔。為防止引腳與孔壁相碰，應(yīng)套上聚四氟乙稀套管。5.另外，不同型號的散熱器在不同散熱條件下有不同熱阻，可供設(shè)計時參改，即在實際應(yīng)用中可參照這

10、些散熱器的熱阻來計算，并可采用相似的結(jié)構(gòu)形狀(截面積、周長)的型材組成的散熱器來代用。6.在上述計算中，有些參數(shù)是設(shè)定的，與實際值可能有出入，代用的型號尺寸也不完全相同，所以在批量生產(chǎn)時應(yīng)作模擬試驗來證實散熱器選擇是否合適，必要時做一些修正(如型材的長度尺寸或改變型材的型號等)后才能作批量生產(chǎn)。散熱器選型，散熱面積理論計算及風扇選擇。(2010-11-23 23:51:57) 轉(zhuǎn)載標簽： 雜談散熱器選擇的計算方法一，各熱參數(shù)定義：Rja 總熱阻，/W；Rjc器件的內(nèi)熱阻，/W；Rcs器件與散熱器界面間的界面熱阻，/W；Rsa 散熱器熱阻，/W；Tj 發(fā)熱源器件內(nèi)結(jié)溫度，；Tc發(fā)熱源器件表面殼溫

11、度，；Ts 散熱器溫度，；Ta 環(huán)境溫度，；Pc器件使用功率，W；Tsa 散熱器溫升，；二，散熱器選擇：Rsa =(Tj-Ta)Pc - Rjc -Rcs式中：Rsa（散熱器熱阻）是選擇散熱器的主要依據(jù)。Tj 和Rjc 是發(fā)熱源器件提供的參數(shù)，Pc 是設(shè)計要求的參數(shù)，Rcs 可從熱設(shè)計專業(yè)書籍中查表,或采用Rcs=截面接觸材料厚度/（接觸面積X接觸材料導(dǎo)熱系數(shù)）。（1） 計算總熱阻Rja：Rja= (Tjmax-Ta)Pc（2） 計算散熱器熱阻Rsa 或溫升Tsa：Rsa = RjaRtjRtc TsaRsaPc（3）確定散熱器 按照散熱器的工作條件（自然冷卻或強迫風冷），根據(jù)Rsa 或Tsa

12、 和Pc 選擇散熱器，查所選散熱器的散熱曲線（Rsa 曲線或Tsa 線），曲線上查出的值小于計算值時，就找到了合適的熱阻散熱器及其對應(yīng)的風速，根據(jù)風速流經(jīng)散熱器截面核算流量及根據(jù)散熱器流阻曲線上風速對應(yīng)的阻力壓降，選擇滿足流量和壓力工作點的風扇。 散熱器熱阻曲線三，散熱器尺寸設(shè)計：對于散熱器，當無法找到熱阻曲線或溫升曲線時，可以按以下方法確定： 按上述公式求出散熱器溫升Tsa，然后計算散熱器的綜合換熱系數(shù)：7.2123 (Tf-Ta)20式中：1 描寫散熱器L/b 對的影響，（L 為散熱器的長度，b 為兩肋片的間距）；2 描寫散熱器h/b 對的影響，（h 為散熱器肋片的高度）；3 描寫散熱器寬

13、度尺寸W 增加時對的影響； (Tf-Ta)20描寫散熱器表面最高溫度對周圍環(huán)境的溫升對的影響； 以上參數(shù)可以查表得到。 計算兩肋片間的表面所散的功率q0q0 =Tfa（2h+b）L 根據(jù)單面帶肋或雙面帶肋散熱器的肋片數(shù)n,計算散熱功率Pc單面肋片：Pcnq0雙面肋片：Pc2nq0（單面肋，簡單的說，就是一邊帶肋，一邊是一個平面。利于在特定場合下的裝配，例如在電源模塊上。）若Pc Pc 時則能滿足要求。四，估算散熱器表面積：由Q=HA（T1-T2）結(jié)合修正系數(shù)推得：S = 0.86W/(T*a)(平方米)式中T散熱器溫度與周圍環(huán)境溫度（Ta）之差（）；（h）換熱系數(shù)，是由空氣的物理性質(zhì)及空氣流速

14、決定的。的值可以表示為:= Nu*/L式中熱電導(dǎo)率由空氣的物理性質(zhì)決定； L散熱器高度；Nu空氣流速系數(shù)。 Nu值由下式?jīng)Q定Nu = 0.664* (V/V1)(1/2)*Pr(1/3)式中 V動黏性系數(shù)，是空氣的物理性質(zhì)；V1散熱器表面的空氣流速；Pr參數(shù)（見下表）。溫度t/動黏性系數(shù)熱電導(dǎo)率Pr00.1380.02070.72200.1560.02210.71400.1750.02340.71600.1960.02470.71800.2170.02600.701000.2300.02720.701200.2620.02850.70五，計算阻力壓降：計算流經(jīng)散熱器阻力壓降：在算出換熱系數(shù)h（

15、）之后，根據(jù)預(yù)選的散熱器表面的空氣流速V，計算流經(jīng)散熱器的空氣阻力壓降：P=f*（L/D）*(1/2)*(V2)式中： P 沿程壓力損失，Pa；V 空氣平均流速，m/s；f 沿程阻力系數(shù)； 空氣密度，kg/m3； L 沿程長度，m； D 當量直徑，m。（D=4散熱器截面面積/截面周長）。六，計算流量：計算流經(jīng)散熱器流量Q=AV式中Q-流量A-風量流經(jīng)散熱器截面積V-風量流經(jīng)散熱器風速七，風扇選擇：根據(jù)計算獲得的Q和P，選擇風扇PQ曲線內(nèi)包含Q與P點即可。風扇PQ曲線、三條曲線分別代表不同系統(tǒng)的特性曲線。系統(tǒng)特性曲線與風扇的特性曲線的交點就是該風扇的工作點，推薦系統(tǒng)工作在C 點，低阻力工作點。芯

16、片散熱的熱傳導(dǎo)計算技術(shù)分類： 微處理器與DSP 消費電子設(shè)計 | 2006-12-04 來源：電子產(chǎn)品世界 | 作者：3M中國有限公司北京技術(shù)中心 方科 式中：Z為導(dǎo)熱材料的熱阻抗，A為傳熱面積。芯片的工作溫度T2為： T2T1+PR (6) 式中：T1為空氣溫度；P為芯片的發(fā)熱功率；R為熱傳導(dǎo)過程的總熱阻。芯片的熱阻和功率可以從芯片和散熱器的技術(shù)規(guī)格中獲得，散熱器的熱阻可以從散熱器的技術(shù)規(guī)格中得到，從而可以計算出芯片的工作溫度T2。 實例 下面通過一個實例來計算芯片的工作溫度。芯片的熱阻為1.75/W，功率為5W，最高工作溫度為90，散熱器熱阻為1.5/W，導(dǎo)熱材料的熱阻抗Z為5.8cm2/W，導(dǎo)熱材料的傳熱面積為5cm2，周圍環(huán)境溫度為50。導(dǎo)熱材料理論熱阻R4為： R4Z/A5.8 (cm2/W)/ 5(cm2)=1.16/W (7) 由于導(dǎo)熱材料同芯片和散熱器之間不可能達到100的結(jié)合，會存在一些空氣間隙，因此導(dǎo)熱材料的實際熱阻要大于理論熱阻。假定導(dǎo)熱材料