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不同散热器参数的计算公式与散热安装要点


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         在使用功率器件时最重要的是如何使其产生的热量有效地散发 出去,以获得高可靠性。 散热的最一般方法是把器件安装在散热器上, 散热板将热 量辐射到周围的空气中去,以及通过自然对流来散发热量。 从散热器到周围的空气的热流量(P)可由下例表示。

一、计算公式:P=hA*η*△T 

上述公式中h为散热器总的传热导率(W/cm2℃),A 为散热器的表面积(cm2),η为散热器效率,△T为散热器的最高温度与环境温度之差(℃)。上式中h是由辐射及对流来决定,η是由散热器的形成来决定。 总之,散热器的表面积越大,与环境温度之差越大,散热板的热 量辐射越有效。 
(1)辐射散热:下述近似式表示辐射散热 hr=2.3×10-11×ε (△T/2+237)3(W/cm2℃) 式中ε 是表面辐射率,随散热器的表面状况而变化。表面研磨光 洁的产品ε =0.05~0.1 也就是说辐射率极差。然而,散热器表面涂以 涂料,经氧化可使ε =1。 
(2)对流散热:功率器件安装在装置的框架上时, 采用对流散热比辐射散热更有 效。在一个大气压的空气中,采用对流散热器的传导率近似地由下式 表示。 hc=4.3×10-4×(△T/H)1/4(W/cm2 ℃) 式中,H 是散热器垂直方向长于水平方向更为有效。 
(3)散热器效率η:若用薄材料制成散热器,则离热源越远,表面温度越低,散热效 果也越差。上述公式是假定温度都是均在分布的,而实际上在散热板 的 边缘部位表面温度越低。 这种由散热器本身温度确定的系数就是散热器效率, 它表示散热 板实际传递的热量与器材安装部位最高温度视为均匀分布时的热量 之比。 η 主要是由所用散热器的材料大小与厚度来决定的。一般地 说,热传导率高的材料如铝(2.12W/cm2 ℃)及铜(3.85W/cm2 ℃) 而钢(0.46W/cm2 ℃)就相当差了。 
另外,散热器的厚度以厚些为好,并以跟散热器的长度平方成比 例为最佳。 

 散热要求: 
(Ⅰ)表面积尽可能大些 
(Ⅱ)散热器表面阳极氧化,发黑处理 
(Ⅲ)散热器配置应使空气易于流通,以长边取垂直方向为佳 
(Ⅳ)使用热传导率良好的铝及铜作为散热器材料 
(Ⅴ)散热器厚些为好,厚度与长度平方成比例 
 
二、安装要点:
1.在保证半导体功率器件工作时的实际结温小于最大结温情况 下,应尽量选用体积小,重量轻的规格。 
2.散热器效果优劣与安装工艺有密切关系, 安装时应尽量增大功率器件的高温风机与散热器的接触面积,降低接触热阻,提高传热效果。 
3.如果把接触热阻降的更小些, 安装时在功率器件与散热器之间 加一薄薄的导热硅脂,可以降低热阻 25~30%。 
4.安装时需要在器件与散热器之间垫导热或绝缘垫片, 建议采用 低热阻材料,如紫铜铂、铝铂或薄云母、聚脂薄膜。 
5.当安装一个器件时,其安装孔(或组孔)置于散热器基面的中 心(L/2)位置。当安装两个或两个以上器件时其安装孔(或组孔) 位置在散热器基面中心线上均布(L/2n)位置。 
6.紧固器件时需保证螺钉扭力一致。 
7.功率器件与散热器安装好后, 不宜再对功率器件和散热器进行 机械加工或整容,否则会产生应力,增加接触热阻。 
8.单面肋片式散热器,适于在设备外部(如安装在机箱外部)作 自然风冷,即利于功率器件的通风散热又可降低机内温升。 
9.自然冷却后,应使散热器的面平行于水平面的方向:强制风冷 时,应使气流的流向平行于散热器的肋片方向。 

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