【文章內(nèi)容簡介】 過一個風(fēng)扇的外形直徑后,對下游流場均勻程度的貢獻已經(jīng)微乎其為,可以不用考慮該因素造成影響散熱器散熱能力這一因素.c 如果在結(jié)構(gòu)設(shè)計上,無法保證冷卻風(fēng)扇出口截面與散熱器間的距離至少大于一個風(fēng)扇HUB的直徑,則必須要求在風(fēng)扇與散熱器間安裝整流柵.在電力電子行業(yè)中,由于存在著大量的功率元器件,電源模塊或系統(tǒng)在選用強迫冷卻這種散熱方式時,帶動與其相連的葉片使葉片以電機給定的轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn),從而在葉片的前后產(chǎn)生一定的壓差,軸流風(fēng)扇具有壓頭底、,也僅僅考慮了上述的幾個特點,通過軸流風(fēng)扇的流體并不完全是沿電機軸這一單方向進行運動的,通過軸流風(fēng)扇驅(qū)動的流體實際上是以電機軸為軸線,流體的實際流動方向如下圖所示:圖風(fēng)扇出口處流體的實際流動方向如前所述,通過軸流風(fēng)扇出口處的流體實際上是沿軸心旋轉(zhuǎn)向前流動的流體,那么風(fēng)扇的實際旋轉(zhuǎn)方向?qū)ζ浜蟮牧鲌?電源內(nèi)部的被冷卻區(qū)域)有什么影響呢?總結(jié)風(fēng)扇供應(yīng)商所提供的相關(guān)數(shù)據(jù),我們可以得到如下簡單的確定風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)方向?qū)α鲌鲇绊懙姆椒?按照左手旋轉(zhuǎn)原則,大拇指的方向為流體的宏觀流向,按照左手螺旋原則,只要我們把關(guān)鍵元器件布置在四彎曲拇指的方向,就能完全避免因風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)方向而造成元器件散熱的不利影響.當(dāng)然了,由于風(fēng)扇出風(fēng)口流場的變化對其進風(fēng)口沒有什么影響,因此風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)方向?qū)δK內(nèi)部的散熱是沒有影響的.舉例:單相輸入有功率因數(shù)校正3000W開關(guān)電源的散熱設(shè)計良好的散熱方式可有效的減小整機體積,達到合理的功率密度,電源裝置的溫升與單位時間內(nèi)流經(jīng)電源裝置的風(fēng)量關(guān)系重大,因些應(yīng)該使電源結(jié)構(gòu)有通暢的風(fēng)道,減小靜壓損失,其次,應(yīng)該盡可能使發(fā)熱量高的部件靠近風(fēng)流最快的區(qū)域,增強熱交換率,例如熱沉、變壓器、開關(guān)管等應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮,最后,還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)對風(fēng)扇的影響,進氣口應(yīng)盡可能寬暢,出氣口也應(yīng)減少障礙物,否則可能會改變正常的風(fēng)扇風(fēng)流方向及大小,影響風(fēng)道的作用.經(jīng)過詳細認真的分析研究,本電源采用下面的整體布局,主板、升壓電感、主變壓器、輸出濾波電感均固定在一整體散熱器上,升壓電感、主變壓器、輸出濾波電感成一排固定在散熱器上半部,主板固定在散熱器下半部:主板上的功率器件如功率開關(guān)管、輸出整流管通過鋼板壓條固定在散熱器上,主板上半部放置低元器件、下半部放置高元器件,風(fēng)扇放置在散熱器前中上位置并固定在前面板上,達到了很好的散熱效果,明顯提高了電源可靠性.8 風(fēng)扇的選擇 風(fēng)扇是風(fēng)冷散熱器中必不可少的組成部分,對散熱效果起著至關(guān)重要的作用,是散熱器中唯一的主動部件。同時,:憑借自身的導(dǎo)流作用,令空氣以一定的速度、一定的方式通過散熱片,利用空氣與散熱片之間的熱交換帶走其上堆積的熱量,從而實現(xiàn)“強制對流”的散熱方式.散熱片即使結(jié)構(gòu)再復(fù)雜,也只是一個被動的熱交換體。因此,一款風(fēng)冷散熱器能否正?！肮ぷ鳌?僅僅是更換更加合適、強勁的風(fēng)扇,也可以令散熱效果獲得大幅度的提升。反之,如果風(fēng)扇搭配不合適或不夠強勁,則會使風(fēng)冷散熱器效能大打折扣,令散熱片與整體設(shè)計上的優(yōu)點被埋沒于無形。更有甚者,由于風(fēng)扇是風(fēng)冷散熱器中唯一確實“工作”的部分,它本身的故障也就會導(dǎo)致散熱器整體的故障,令其喪失大部分的散熱性能,進而引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定或當(dāng)機,甚至因高溫而燒毀設(shè)備.風(fēng)扇可分為:含油軸承、單滾珠軸承、雙滾珠軸承、液壓軸承、來福軸承、Hypro軸承、磁懸浮軸承、納米陶瓷軸承等,下面是其性能比較表由表中可以看出,軸承技術(shù)對風(fēng)扇的性能、噪音、壽命起著重要的決定性作用,、噪音、壽命以及價格四方面要求綜合考慮: ,噪音小,價格低,含油軸承是唯一的選擇,但壽命較短,使用一段時間后噪音可能會逐漸增大,需做好維護或更換的心理準(zhǔn)備. ,壽命長,價格不高,滾珠軸承是不二之選,但需忍受其工作時產(chǎn)生的較大噪音. ,但希望壽命長,價格不高,來福、Hypro軸承等含油軸承的改進型均是值得考慮的選擇. ,噪音低,壽命長,如此便不能對價格提出進一步的要求了,只要資金充足,液壓、精密陶瓷等特色軸承技術(shù)都可列入選擇范圍之內(nèi). ,磁懸浮軸承是僅有的選擇,只是性能不佳,價格過高.目前,AC/DC系列風(fēng)扇品牌包括SUNON、ADDA、SANYO、PAPST、:9 鋁合金型材電子散熱器的應(yīng)用9．1散熱器的熱阻模型 由于散熱器是開關(guān)電源的重要部件,雖然銅的熱導(dǎo)率比鋁高2倍但其價格比鋁高得多,: 半導(dǎo)體結(jié)溫公式如下式如示: Pcmax(Ta)= (TjmaxTa)/θja (W) (1) Pcmax(Tc)= (TjmaxTc)/θjc (W) (2) Pc: 功率管工作時損耗 Pc(max): 功率管的額定最大損耗 Tj: 功率管節(jié)溫 Tjmax: 功率管最大容許節(jié)溫 Ta: 環(huán)境溫度 Tc: 預(yù)定的工作環(huán)境溫度 θs : 絕緣墊熱阻抗 θc : 接觸熱阻抗(半導(dǎo)體和散熱器的接觸部分) θf : 散熱器的熱阻抗(散熱器與空氣) θi : 內(nèi)部熱阻抗(PN結(jié)接合部與外殼封裝) θb : 外部熱阻抗(外殼封裝與空氣) 根據(jù)圖2熱阻等效回路, 全熱阻可寫為: θja=θi+[θb *(θs +θc+θf)]/( θb +θs +θc+θf) (3) 又因為θb比θs +θc+θf大很多,故可近似為: θja=θi+θs +θc+θf (4) ①PN結(jié)與外部封裝間的熱阻抗(又叫內(nèi)部熱阻抗) θi是由半導(dǎo)體PN結(jié)構(gòu)造、所用材料、. ②接觸熱阻抗θc是由半導(dǎo)體、粗糙度、接觸面積、,排除接觸面之間的空氣而硅油本身又有良好的導(dǎo)熱性,可以大大降低接觸熱阻抗θc.9．2散熱器熱阻抗θf 散熱器熱阻抗θf與散熱器的表面積、表面處理方式、散熱器表面空氣的風(fēng)速、,主要的方法有增加散熱器的表面積、設(shè)計合理的散熱風(fēng)道、: 但如果過于追求散熱器的表面積而使散熱器的叉指過于密集則會影響到空氣的對流,:⑤散熱器表面積計算: S=(ΔT*α) ΔT: 散熱器溫度與周圍環(huán)境溫度(Ta)的差(℃) α: 熱傳導(dǎo)系數(shù),. α=Nu*λ/L () λ:熱電導(dǎo)率(Kcal/m2h)空氣物理性質(zhì) L:散熱器高度(m) Nu:. Nu=*√[(vl)/v’]*3√pr V:動粘性系數(shù)(m2/sec),空氣物理性質(zhì). V’:散熱器表面的空氣流速(m/sec) Pr: 系數(shù),見下表9．3發(fā)熱元件的布局 開關(guān)電源中主要發(fā)熱元件有大功率半導(dǎo)體及其散熱器,功率變換變壓器,由小到大排列,發(fā)熱量越小的器件越要排在開關(guān)電源風(fēng)道風(fēng)向的上風(fēng)處,發(fā)熱量越大的器件要越靠近排氣風(fēng)扇. 為了提高生產(chǎn)效率,經(jīng)常將多個功率器件固定在同一個大散熱器上,. 發(fā)熱器件在PCB的布局上同時應(yīng)盡可能遠離對溫度敏感的元器件,如電解電容等.散熱片的制造材料是影響效能的重要因素,:金317 W/mKAA6061型鋁合金155 W/mK銀429 W/mKAA6063型鋁合金201 W/mK鋁 237 W/mKADC12型鋁合金96 W/mK鐵48 W/mKAA1070型鋁合金226 W/mK銅401 W/mKAA1050型鋁合金209 W/mK材料的導(dǎo)熱性能之一:熱傳導(dǎo)系數(shù)由于熱傳導(dǎo)是散熱器有效運作的兩大方式之一,因此,散熱片材料的熱傳遞速度就是其中最關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo),理論上稱作熱傳導(dǎo)系數(shù).定義:每單位長度、每度K,可以傳送多少瓦數(shù)的能量,單位為W/(1K＝1℃),表明該材料的熱傳遞速度越快.熱傳導(dǎo)系數(shù)自然是越高越好,、銀,由于質(zhì)地柔軟、密度過大、及價格過于昂貴而無法廣泛采用。鐵則由于熱傳導(dǎo)率過低,無法滿足高熱密度場合的性能需要,可礙于硬度不足、密度較大、成本稍高、加工難度大等不利條件,在電源相關(guān)散熱片中使用較少,但近兩年隨著對散熱設(shè)備性能要求的提高,因熱傳導(dǎo)系數(shù)較高、密度小、,在各種應(yīng)用領(lǐng)域中通常會摻加各種配方材料制成鋁合金,寄此獲得許多純鋁所不具備的特性,而成為了散熱片加工材料的理想選擇.之二:比熱容熱傳遞的速度很重要,但是吸收熱量能力低也不利于散熱,這里又引入了比熱容的概念. 定義:單位質(zhì)量下需要輸入多少能量才能使溫度上升一攝氏度,單位為卡/(千克176。