【文章內(nèi)容簡介】 擠壓設(shè)備及工藝已能夠達到23的高寬比，國內(nèi)目前高寬比最大只能達到8。對能夠提供足夠的集中風(fēng)冷的場合，可采用真空釬焊、錫焊、鏟齒或插片成型的冷板，其齒間距最小可到2mm。，增加流體的擾動，提高散熱齒間的對流換熱系數(shù)。 當(dāng)風(fēng)速大于1m/s(200CFM)時，可完全忽略浮升力對表面換熱的影響。 圖9 散熱器基板厚度與熱阻的關(guān)系曲線 圖10 不同通風(fēng)條件下散熱器的最佳齒間距 散熱器基板厚度對散熱器的熱容量及散熱器熱阻有影響，太薄熱容量太小，太厚熱阻反而增加，圖9表示出了基板厚度的最佳范圍。對分散式散熱來講，基板厚度一般為36mm為最佳。：散熱器齒間距的大小與風(fēng)速有較大的關(guān)系，不同通風(fēng)條件，其最佳的齒間距是不一樣的，圖10表示出了常見通風(fēng)風(fēng)速下最佳的齒間距。 散熱器齒片厚度的確定：不同的齒片厚度，其對應(yīng)的齒間距是不一樣的，如圖11所示。圖11表示出了不同齒厚對應(yīng)的最佳齒間距。 在一定冷卻條件下，所需散熱器的體積熱阻大小按表3進行成本確定。表3 不同冷卻條件下對應(yīng)的散熱器體積熱阻冷卻條件散熱器體積熱阻 ℃－cm3/W自然冷卻500800(200CFM)150250(500CFM)80150(1000CFM)5080注意：表2只能作為初選散熱器的參考，不能用它來計算散熱器的熱阻，散熱器的實際熱阻需按附錄A提供的方法計算。，按表4確定散熱器齒片最佳間距的大小表4 不同冷卻條件及流向長度與散熱齒片最佳齒間距的關(guān)系 冷卻條件流向長度(mm)75150225300自然冷卻1013(200)(500)(1000) 不同形狀、不同的成型方法的散熱器的傳熱效率 如表5所示，盡可能選用成型簡單的工藝以降低散熱器的加工成本。 散熱器的表面處理l 安裝元器件的散熱器表面的光潔度Ra≤。l 安裝元器件的散熱器表面不能進行拉絲處理。l 散熱器表面原則上不需要任何表面處理，因為進行表面處理對熱性能的改善貢獻較小，而成本增加確實顯著的。表5 不同形狀、不同的成型方法的散熱器的傳熱效率散熱器成型方法傳熱效率，％成本參考沖壓件/光表面散熱器10－18低帶翅片的壓鑄散熱器/常規(guī)鋁型材15－22較低鏟齒散熱器25－32較高小齒間距鋁型材45－48高針裝散熱器/釬焊/錫焊/鏟齒/插片成型散熱器(冷板散熱器)78－90很高 風(fēng)冷散熱器的輻射換熱考慮 一般情況下，如果物體表面的溫度低于50℃，可忽略顏色對輻射換熱的影響。因為此時輻射波長相當(dāng)長，處于不可見的紅外區(qū)。而在紅外區(qū)，一個良好的發(fā)射體也是一個良好的吸收體，發(fā)射率和吸收率與物體表面的顏色無關(guān)。對于強迫風(fēng)冷，由于散熱表面的平均溫度較低，一般可忽略輻射換熱的貢獻。 海拔高度對散熱器的設(shè)計要求海拔高度對強迫風(fēng)冷影響的機理是由于隨著海拔高度的增加，空氣密度減小，空氣分子間碰撞的概率降低，對流換熱能力減弱。同樣，強迫對流換熱隨海拔高度的變化最終體現(xiàn)在對流換熱系數(shù)的變化上，美國軍用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，低于5000米以下的高空，如果忽略空氣溫度的變化，可按(8)式計算海拔高度對強迫風(fēng)冷換熱影響的強弱。 hc(高空)＝hc(海平面)(p高空/p海平面)...............................………...............(8) hc(高空)，hc(海平面)－分別為高空及海平面的強迫風(fēng)冷對流換熱系數(shù)，W/ p高空，p海平面－分別為高空及海平面的空氣壓力，帕斯卡 散熱器散熱量計算的經(jīng)驗公式表6 強迫風(fēng)冷時對流換熱系數(shù)的計算方法層流(Ra105)紊流(Ra105)hc＝() λ空氣 hc＝() λ空氣 為了簡化計算，忽略散熱器的導(dǎo)熱熱阻，即假設(shè)模塊的熱量能夠均勻傳遞到散熱器的各表面，此時計算出的散熱量為模塊的最大散熱量：Q＝hcF對流△tη……………………………………(9)hc自然對流換熱系數(shù)，w/△t散熱器臺面允許溫升，℃η散熱器齒片效率(%)對直齒肋：η=th(mb)/(mb)..................................(91) m=(2 hc/λδ0)...............................(911)δ0：肋片根部厚度(m)b: 肋高(m)　　如果QPD，表明散熱器的設(shè)計不滿足散熱要求，必須進行重新設(shè)計。，增大散熱面積的途徑有三種：l 在散熱器表面加波紋齒。l 加大散熱器尺寸。l 增加散熱器的齒片數(shù)。目前國際上先進的擠壓設(shè)備及工藝已能夠達到23的高寬比，國內(nèi)目前高寬比最大只能達到8。對能夠提供足夠的集中風(fēng)冷的場合，建議采用真空釬焊、錫焊、鏟齒或插片成型的冷板，其齒間距最小可到2mm。 盡可能提高流過散熱器的風(fēng)速，主要有兩種途徑：l 采用較大流量或壓頭的風(fēng)扇；l 增加風(fēng)扇的數(shù)量，可采用風(fēng)扇并聯(lián)或串聯(lián)方式。l 優(yōu)化系統(tǒng)及單板布局，降低系統(tǒng)的流動阻力，提供風(fēng)扇的實際出力。 增加流體擾動，提高對流換熱系數(shù)，如加導(dǎo)流條等。由于風(fēng)扇出口風(fēng)速的方向與風(fēng)扇進口風(fēng)速方向一般成約45176。角，即呈現(xiàn)倒園錐的流場分布，所以在吹風(fēng)應(yīng)用的場合，要求兩個風(fēng)扇之間最好加一個隔板或保持一個風(fēng)扇厚度的間距，以避免兩股流相交而產(chǎn)生的噪音和死區(qū)。為了避免風(fēng)扇太靠近被冷卻物體而產(chǎn)生噪音，建議在吹風(fēng)應(yīng)用場合，風(fēng)扇與單板風(fēng)道入口至少應(yīng)保持一個40mm的距離，以大于風(fēng)扇直徑為最佳。圖1圖13顯示了在吹風(fēng)時與抽風(fēng)時，風(fēng)扇與障礙物之間的距離對風(fēng)扇靜壓曲線的影響，從圖中可以看出，在吹風(fēng)時，只有在風(fēng)扇與障礙物之間的距離大于75mm時其影響才較小，而在抽風(fēng)時，在風(fēng)扇與障礙物之間的距離大于50mm時其影響也較小。 圖12：吹風(fēng)時風(fēng)扇與障礙物之間的距離 圖13：抽風(fēng)時風(fēng)扇與障礙物之間的距離對風(fēng)扇靜壓曲線的影響 對風(fēng)扇靜壓曲線的影響 由于風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)慣量SWIRL的影響，加之實際產(chǎn)品不可能有足夠的空間允許流場能夠充分發(fā)展，所以風(fēng)扇后的流場在到達障礙物時存在明顯的死區(qū)，如圖14所示。如果不考慮這一點，把功率較大的元器件布置在此處，該元器件極可能應(yīng)過熱而損壞。為了消除SWIRL的影響，可選擇以下措施：圖14 風(fēng)扇SWIRL對流場的影響 在風(fēng)扇出口與障礙物之間加整流柵，整流柵厚度大于2mm，強迫流場在經(jīng)過整流柵后變得非常均勻，如圖15所示。 圖15 加整流柵后(有厚度、無厚度)流場的變化情況 如果不能加整流柵，必須保證風(fēng)扇出口到障礙物間的間距大于于一個風(fēng)扇的直徑，以使流場能夠充分發(fā)展而變得較均勻。 如果以上兩條測試都無法實現(xiàn)，可通過仿真分析得出流場的分布圖，再在PCB布局時避免把損耗較大的元器件布置在死區(qū)。選擇風(fēng)扇一般以風(fēng)扇進出口風(fēng)溫的大小作為限制條件，對吹風(fēng)條件下，進出口風(fēng)溫一般沒有限制。而對于抽風(fēng)的情況，由于風(fēng)扇抽出的是熱風(fēng)，對風(fēng)扇的壽命將產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。對風(fēng)扇廠家，一般均以60℃作為標(biāo)定風(fēng)扇壽命MTBF的條件，如果風(fēng)扇應(yīng)用的環(huán)境溫度高于60℃，則溫度每升高5℃，風(fēng)扇壽命下降一半。所以抽風(fēng)條件下，風(fēng)扇選擇應(yīng)遵循以下原則： 如果進入風(fēng)扇的風(fēng)溫高于60℃時，應(yīng)考慮選用高溫風(fēng)扇以保證風(fēng)扇的使用壽命。 如果進入風(fēng)扇的風(fēng)溫低于60℃時，一般以(60環(huán)境溫度)℃作為限制條件來選擇風(fēng)扇。例如：如擬選用的風(fēng)扇廠家所采用的風(fēng)扇壽命MTBF標(biāo)定溫度為60℃，設(shè)備使用的環(huán)境溫度為45℃，則應(yīng)以(6045)=15℃作為選擇風(fēng)扇風(fēng)量的限制條件。風(fēng)扇產(chǎn)生的噪音與風(fēng)扇的工作點或風(fēng)量有直接關(guān)系，對于軸流風(fēng)扇在大風(fēng)量，低風(fēng)壓的區(qū)域噪音最小，對于離心風(fēng)機在高風(fēng)壓，低風(fēng)量的區(qū)域噪音最小，如圖14所示，這和風(fēng)扇的最佳工作區(qū)是吻合的。注意不要讓風(fēng)扇工作在高噪音區(qū)， 考慮合適的熱設(shè)計冗余，保持最佳的熱性能與噪音之比值。一般來講，稍微降低產(chǎn)品的溫度要求將導(dǎo)致產(chǎn)品噪音戲劇性降低；此外，由于在選擇風(fēng)扇時總是以產(chǎn)品工作的最嚴(yán)酷的狀態(tài)來選定風(fēng)扇的型號，而實際上產(chǎn)品總是工作在正常的額定功率或半載狀態(tài)下，所以風(fēng)扇的冗余就顯得過大，噪音也就降不下來，如果考慮合適的冗余或通過控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速就可大大降低產(chǎn)品的噪音水平。 盡可能降低系統(tǒng)的流動阻力，低的流動阻力意味可以選用低轉(zhuǎn)速的風(fēng)扇，其噪音水平也會相應(yīng)降低。圖16 風(fēng)扇靜壓曲線與噪音變化曲線的對比圖 合理調(diào)整系統(tǒng)阻力與風(fēng)扇的匹配，使風(fēng)扇的工作點處于最佳的工作區(qū)域，而在最佳工作區(qū)域內(nèi)風(fēng)扇具有較低的噪音水平。 相同的風(fēng)速，推薦選用大一號的風(fēng)扇更有利于降低系統(tǒng)的噪音。 避免把障礙物放在靠近風(fēng)扇的氣流速度較高的區(qū)域。 在風(fēng)扇與結(jié)構(gòu)件間加橡膠墊，以消除風(fēng)扇振動而產(chǎn)生的噪音。 避免風(fēng)扇與結(jié)構(gòu)件共振而產(chǎn)生噪音。 把風(fēng)扇安裝在機箱內(nèi)側(cè)比安裝在外側(cè)噪音小。 把障礙物放在風(fēng)扇的進風(fēng)側(cè)附近較放在風(fēng)扇的出風(fēng)側(cè)產(chǎn)生的噪音大。，所以一般應(yīng)保證風(fēng)扇進風(fēng)口離阻擋物至少30mm的距離，以免產(chǎn)生額外的噪音。 ，高風(fēng)壓風(fēng)扇從而產(chǎn)生較大噪音的情況，可以在機柜的進風(fēng)口、出風(fēng)口、前后門內(nèi)側(cè)、風(fēng)扇框面板、側(cè)板等處在不影響進風(fēng)的條件下貼吸音材料，吸音效果較好的材料主要是多孔介質(zhì)，如玻璃棉，厚度越厚越好。 有時由于沒有合適的風(fēng)機而選擇了轉(zhuǎn)速較高的風(fēng)機，在保證設(shè)計風(fēng)量的條件下，可以通過調(diào)整風(fēng)機的電壓或其他方式降低風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，從而降低風(fēng)扇的噪音。相應(yīng)的噪音降低變化按下式計算： N2 = N1 + 50 log10 (RPM2/RPM1) ……………………………….(10)分散式散熱的基本思路是合理控制熱設(shè)計冗余，所以散熱器件的細微變化可能會導(dǎo)致產(chǎn)品在工作中應(yīng)器件過溫而熱損壞。對風(fēng)扇來講，隨著海拔高度的增加，風(fēng)扇的性能曲線及系統(tǒng)的阻力曲線均會發(fā)生變化，如圖1圖18所示，由于壓力正比于空氣的密度，而空氣的密度隨海拔高度的升高而逐漸降低，所以壓力也會隨海拔高度的升高而逐漸降低。在實際應(yīng)用中，應(yīng)按下式來進行校正： (P0)altitude = (P0)Sea Level (raltitude/rSea Level)………………………….…..(12)△PSea Level CurveHigh ltitudeCurveQ圖17 海拔高度對風(fēng)扇性能曲線的影響Q△PSea Level CurveHigh AltitudeCurve圖18 海拔高度對系統(tǒng)阻力曲線的影響 先計算實際所須風(fēng)量： q`=Q/(△T)……………………………………………(13) q`實際所需的風(fēng)量，m3/h Q散熱量，W △T 空氣的溫升，℃，一般為10－15℃。 確定風(fēng)扇的型號 按經(jīng)驗公式：： q=()q` 按最大風(fēng)量選擇風(fēng)扇型號。 按確定工作點的方法把風(fēng)道曲線與風(fēng)扇的靜壓曲線繪在一張圖上，其交點就是風(fēng)機的工作點。工作點對應(yīng)的風(fēng)量若大于冷卻風(fēng)量，風(fēng)扇即滿足要求，否則重新選擇風(fēng)扇，重復(fù)上面的工作，直到滿足要求為止。，吹風(fēng)有如下優(yōu)點：，可以以較大的風(fēng)速針對局部區(qū)域進行集中冷卻。，提高風(fēng)扇的使用壽命。，而通過出風(fēng)口或縫隙流出，原則上可省掉防塵網(wǎng)。： 。通常我們在確定風(fēng)扇型號時，均是按產(chǎn)品工作最惡劣的工況，實際上產(chǎn)品大部分時間工作在輕載狀態(tài)，元器件損耗較低，根本不需要風(fēng)扇高速運轉(zhuǎn)。風(fēng)扇高速運轉(zhuǎn)由兩個壞處：(1)系統(tǒng)噪音太大；(2)風(fēng)扇壽命會較低。為了解決以上問題，可選用可調(diào)速風(fēng)扇，通過監(jiān)測元器件或散熱器的溫升來控制風(fēng)扇的運轉(zhuǎn)。其原理為溫度傳感器將檢測到的溫度信號送回到監(jiān)控模塊，監(jiān)控模塊根據(jù)預(yù)先設(shè)置的溫度范圍來判斷風(fēng)扇運轉(zhuǎn)的快慢，并自動調(diào)整風(fēng)扇的電壓來使風(fēng)扇按規(guī)定的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。風(fēng)扇的噪音變化可按等式(1)進行評估，而風(fēng)扇的壽命預(yù)計可按(14)式評估：L預(yù)期＝L10(U額定/U實際)3(1/(2(T環(huán)40)/10))……………………….(14) 風(fēng)扇的種類　　通信產(chǎn)品中運用的風(fēng)扇有軸流（Axial）、離心（Radial）、混流（Mixedflow）三種，它們的典型特性曲線見圖19圖19 不同類型風(fēng)扇的靜壓曲線圖中橫坐標(biāo)表示風(fēng)量，單位有m3/h、m3/min、CFM（立方英尺/分鐘，1CFM=）。縱坐標(biāo)表示風(fēng)扇產(chǎn)生的靜壓，單位有Pa、inch of water(=249Pa)、mm H2o(=)。由圖中可以看出，要使風(fēng)扇的風(fēng)量越大，其產(chǎn)生的靜壓就越小，用于克服風(fēng)道阻力的能力就越小。　　從圖中的對比可以看出，軸流風(fēng)扇風(fēng)量大、風(fēng)壓低，曲線中間的平坦轉(zhuǎn)折區(qū)為軸流風(fēng)扇特有的不穩(wěn)定工作區(qū)，一般要避免風(fēng)扇工作在該區(qū)域。最佳工作區(qū)在低風(fēng)壓、大流量的位置（曲線的后1/3段）。如果系統(tǒng)的阻力比較大，也可以利用高風(fēng)壓、低流量的工作區(qū)（曲線的前1/3段），但要注意風(fēng)量是否達到設(shè)計值。離心風(fēng)扇的進、出風(fēng)方向垂直，其特點為風(fēng)壓大、風(fēng)量低，最好工作在曲線中壓力較高的區(qū)域?；炝黠L(fēng)扇的特點介于軸流和離心之間，出風(fēng)方向與進風(fēng)有一傾斜角度，則風(fēng)量可以立即擴散到插框的各個角落，而且風(fēng)壓與風(fēng)量都比較大，但風(fēng)扇HUB直徑較大，正對HUB的部分風(fēng)速很低，回流比較嚴(yán)重?！　∧壳肮境龢O個別產(chǎn)品采用混流風(fēng)扇外，一般都采用軸流風(fēng)扇。我