電子元器件查詢(xún)散熱器計(jì)算與選型

1、散熱器的計(jì)算以 7805 為例說(shuō)明問(wèn)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,護(hù)點(diǎn) 150,7805 會(huì)斷開(kāi)輸出.正確的設(shè)計(jì)方法是:是 132,設(shè)室溫 25,那么將會(huì)達(dá)到 7805 的熱保首先確定最高的環(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(shí)候,應(yīng)該加上4/W 的殼到散

2、熱片的熱阻.計(jì)算散熱片應(yīng)該具有的熱阻也很簡(jiǎn)單,與電阻的并聯(lián)一樣,即 54/x=26,x=50/W.其實(shí)這個(gè)值非常大,只要是個(gè)散熱片即可滿(mǎn)足.散熱器的計(jì)算:總熱阻 RQj-a=(Tjmax-Ta)/Pd Tjmax :芯組最大結(jié)溫 150 Ta :環(huán)境溫度 85Pd : 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,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)總熱阻.管芯到環(huán)境的熱阻經(jīng)查手冊(cè)知RQj-C=1.0RQC-a=36那 么

3、散 熱 器 熱 阻 RQd-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cmA:散熱器面積 cm2 C:修正因子 取 1按現(xiàn)有散熱器考慮,d=1.0 A=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(jì)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(jìn)行大功率器件及功率模塊的散熱計(jì)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(jì)算任何器件在工作時(shí)都有一定

4、的損耗，大部分的損耗變成熱量。小功率器件損耗小，無(wú)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(dá)到或超過(guò)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?chē)臻g，必要時(shí)再加上散熱風(fēng)扇，以一定的風(fēng)速加強(qiáng)冷卻散熱。在某些大型設(shè)備的功率器件上還采用冷水冷卻板，它有更好的散熱效果。散熱計(jì)算就是在一定的工作條件下，通過(guò)計(jì)算來(lái)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?chē)臻g。若沒(méi)有風(fēng)扇以一定風(fēng)速冷卻，這稱(chēng)為自然冷卻或自然對(duì)流散熱。熱量在傳遞過(guò)程有一定熱阻。由器

5、件管芯傳到器件底部的熱阻為 RJC，器件底部與散熱器之間的熱阻為 RCS ，散熱器將熱量散到周?chē)臻g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(jì)算最大允許的散熱器到環(huán)境溫度的熱阻RSA 為RSA(T_J-T_Aov_D)-(RJC+RCS)出于為設(shè)計(jì)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

6、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，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(dá) 1/W。PD 為實(shí)際的最大損耗功率，可根據(jù)不同器件的工作條件計(jì)算而得。這樣，RSA 可以計(jì)算出來(lái)，根據(jù)計(jì)算的 RSA 值可選合適的散熱器了。散熱器簡(jiǎn)介小型散熱器(或稱(chēng)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)件，也可提供型材，由用戶(hù)根據(jù)要求切割成一定長(zhǎng)度而制成非標(biāo)準(zhǔn)的散熱器。散熱器的表面處理有電泳

7、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%，在通風(fēng)冷卻下可提高 3%，電泳涂漆可耐壓 500800V。散熱器廠家對(duì)不同型號(hào)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(jì)算實(shí)例率運(yùn)算放大器 PA02(X 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(fù)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

8、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 為器件電路的功耗，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(jì)算:RSA(T_J-T_Aov_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

9、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(duì)流時(shí)熱阻為 0.95/W，可滿(mǎn)足散熱要求。注意事項(xiàng)1.在計(jì)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(shí)際條件來(lái)計(jì)算;數(shù)據(jù)資料中的最大結(jié)溫一般為 150，在設(shè)計(jì)中留有余地取 125，環(huán)境溫度也不能取 25(要考慮夏天及機(jī)箱的實(shí)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(jī)箱或機(jī)殼上相應(yīng)的位置開(kāi)散熱孔(使冷空氣從底部進(jìn)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(與電路不絕緣)。安裝時(shí)必須采用云母墊片來(lái)絕緣，以防止短路。4.器件的引腳要穿過(guò)散熱器，在散

10、熱器上要鉆孔。為防止引腳與相碰，應(yīng)套上聚四氟乙稀套管。5.另外，不同型號(hào)的散熱器在不同散熱條件下有不同熱阻，可供設(shè)計(jì)時(shí)參改，即在實(shí)際應(yīng)用中可參照這些散熱器的熱阻來(lái)計(jì)算，并可采用相似的結(jié)構(gòu)形狀(截面積、周長(zhǎng))的型材組成的散熱器來(lái)代用。6.在上述計(jì)算中，有些參數(shù)是設(shè)定的，與實(shí)際值可能有出入，代用的型號(hào)尺寸也不完全相同，所以在批量生產(chǎn)時(shí)應(yīng)作模擬試驗(yàn)來(lái)證實(shí)散熱器選擇是否合適，必要時(shí)做一些修正(如型材的長(zhǎng)度尺寸或改變型材的型號(hào)等)后才能作批量生產(chǎn)。散熱器選型，散熱面積理論計(jì)算及風(fēng)扇選擇。(2010-11-23 23:51:57)：雜談散熱器選擇的計(jì)算方法一，各熱參數(shù)定義： Rja 總熱阻，/W；Rjc器

11、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，；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(jì)要求的參數(shù)，Rcs 可從熱設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)書(shū)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(jì)算總熱阻 Rja：Rja= (Tjmax-Ta)Pc（2） 計(jì)算散熱器熱阻 R

12、sa 或Tsa：Rsa = RjaRtjRtcTsaRsaPc（3）確定散熱器按照散熱器的工作條件（自然冷卻或強(qiáng)迫風(fēng)冷），根據(jù) Rsa 或Tsa 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(jì)算值時(shí)，就找到了合適的熱阻散熱器及其對(duì)應(yīng)的風(fēng)速，根據(jù)風(fēng)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(fēng)速對(duì)應(yīng)的阻力壓降，選擇滿(mǎn)足流量和壓力工作點(diǎn)的風(fēng)扇。散熱器熱阻曲線三，散熱器尺寸設(shè)計(jì)：對(duì)于散熱器，當(dāng)無(wú)法找到熱阻曲線或曲線時(shí)，可以按以下方法確定：按上述公式求出散熱器Tsa，然后計(jì)算散熱器的綜合換熱系數(shù)：7.2123 (Tf-Ta)20式中： 1間距）； 23

13、描寫(xiě)散熱器 L/b 對(duì) 的影響，（L 為散熱器的長(zhǎng)度，b 為兩肋片的描寫(xiě)散熱器 h/b 對(duì) 的影響，（h 為散熱器肋片的高度）；描寫(xiě)散熱器寬度尺寸W 增加時(shí)對(duì) 的影響； (Tf-Ta)20描寫(xiě)散熱器表面最高溫度對(duì)周?chē)h(huán)境的影響；以上參數(shù)可以查表得到。對(duì) 的計(jì)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(jì)算散熱功率 Pc單面肋片：Pcnq0雙面肋片：Pc2nq0（單面肋，簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是一邊帶肋，一邊是一個(gè)平面。利于在特定場(chǎng)合下的裝配，例如在電源模塊上。）若Pc Pc 時(shí)則能滿(mǎn)足要求。四，估算散熱器表面積：由 Q=HA（T1-T2）結(jié)合修正

14、系數(shù)推得：S = 0.86W/(T*a)(平方米)式中T散熱器溫度與周?chē)h(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?zèng)Q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(dòng)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(jiàn)下表）。溫度t/動(dòng)黏性系數(shù)熱電導(dǎo)率Pr00.1380.02070.72200.1560.02210.71400.1750.02340.71600.1960.02470.71800.2170.

15、02600.701000.2300.02720.701200.2620.02850.70五，計(jì)算阻力壓降：計(jì)算流經(jīng)散熱器阻力壓降：在算出換熱系數(shù)h（）之后，根據(jù)預(yù)選的散熱器表面的空氣流速V，計(jì)算流經(jīng)散熱器的空氣阻力壓降：P=f*（L/D）*(1/2)*(V2)式中： P Vf L D沿程壓力損失，Pa；空氣平均流速，m/s；沿程阻力系數(shù)；空氣密度，kg/m3；沿程長(zhǎng)度，m；當(dāng)量直徑，m。（D=4 散熱器截面面積/截面周長(zhǎng)）。六，計(jì)算流量：計(jì)算流經(jīng)散熱器流量Q=AV式中Q-流量A-風(fēng)量流經(jīng)散熱器截面積 V-風(fēng)量流經(jīng)散熱器風(fēng)速七，風(fēng)扇選擇：根據(jù)計(jì)算獲得的Q 和P，選擇風(fēng)扇PQ 曲線內(nèi)包含Q 與P

16、點(diǎn)即可。風(fēng)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(fēng)扇的特性曲線的交點(diǎn)就是該風(fēng)扇的工作點(diǎn)，系統(tǒng)工作在 C 點(diǎn)，低阻力工作點(diǎn)。實(shí)例下面通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)計(jì)算 的工作溫度。 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?chē)h(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 和散熱器之間不可能達(dá)到 100的結(jié)合，會(huì)存在一些空氣間隙，因此導(dǎo)熱材料的實(shí)際熱阻要大于理論熱阻。假定導(dǎo)熱材料同 和散熱器之間的結(jié)合面積為總面積的 60，則實(shí)際熱阻R3 為：R3R4/60%1.93/W(8)總熱阻 R 為： R=R1+R2+R3=5.18/W(9)的工作溫度 T2 為： T2T1+PR50+(5W5.18/W)75.9(10)可見(jiàn)的實(shí)際工作溫度 75.9小于的最高工作溫度 90，處于狀態(tài)。如果的實(shí)際工作溫度大于最高工作溫度，那就需要重新選擇散熱性能更好的散熱器，