【正文】 流換熱過程的強(qiáng)弱，表明了當(dāng)流體與壁面間的溫差為1℃時(shí)，在單位時(shí)間通過單位面積的熱量。 熱阻(℃/w)反映介質(zhì)或介質(zhì)間傳熱能力的大小，表明了1W熱量所引起的溫升大小。 (Pa) 流阻反映了流體流過某一通道時(shí)所產(chǎn)生的壓力差。 雷諾數(shù)（Re）雷諾數(shù)的大小反映了流體流動(dòng)時(shí)的慣性力與粘滯力的相對(duì)大小，雷諾數(shù)是說明流體流態(tài)的一個(gè)相似準(zhǔn)則。 普朗特?cái)?shù)(Pr)普朗特?cái)?shù)是說明流體物理性質(zhì)對(duì)換熱影響的相似準(zhǔn)則。 格拉曉夫數(shù)(Gr)格拉曉夫數(shù)反映了流體所受的浮升力與粘滯力的相對(duì)大小，是說明自然對(duì)流換熱強(qiáng)度的一個(gè)相似準(zhǔn)則。 定性溫度確定對(duì)流換熱過程中流體物理性質(zhì)參數(shù)的溫度。 肋片的效率表示某擴(kuò)展表面單位面積所能傳遞的熱量與同樣條件下光壁所能傳遞的熱量之比。 黑度實(shí)際物體的輻射力和同溫度下黑體的輻射力之比，它取決于物體種類、表面狀況、表面溫度及表面顏色。 努謝爾特?cái)?shù)Nu(Nusseltl)反映出同一流體在不同情況下的對(duì)流換熱強(qiáng)弱，是一個(gè)說明對(duì)流換熱強(qiáng)弱的相似準(zhǔn)則。 傳熱單元數(shù)NTU為無因次量，其數(shù)值反映了在給定條件下所需傳熱面積的大小，是一個(gè)反映冷板散熱器綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能的指標(biāo)。 冷板的傳熱有效度E衡量冷板散熱器在傳遞熱量方面接近于理想傳熱狀況的程度，它定義為冷板散熱器的實(shí)際傳熱量和理論傳熱量之比，為無因次量 防塵網(wǎng)的阻力防塵網(wǎng)對(duì)氣流形成阻力。防塵網(wǎng)積灰，阻力增加，當(dāng)阻力增大到某一規(guī)定值時(shí)，過濾器報(bào)廢。新防塵網(wǎng)的阻力稱“初阻力”；對(duì)應(yīng)防塵網(wǎng)報(bào)廢的阻力值稱“終阻力”。設(shè)計(jì)時(shí)，常需要一個(gè)有代表性的阻力值，以核算系統(tǒng)的設(shè)計(jì)風(fēng)量，這一阻力值稱“設(shè)計(jì)阻力，慣用的方法是取初阻力與終阻力的平均值。 外部環(huán)境溫度的定義自冷時(shí)指距設(shè)備各主要表面80mm處的溫度平均值；強(qiáng)迫風(fēng)冷（使用風(fēng)扇）時(shí)指距離空氣入口80~200mm截面的溫度平均值。 機(jī)箱表面的溫度定義機(jī)箱表面溫度指在機(jī)箱各表面幾何中心處的溫度。 設(shè)備風(fēng)道的進(jìn)、出口風(fēng)溫的定義冷卻空氣入口、出口溫度指在入口或出口處與風(fēng)速方向垂直的截面內(nèi)各點(diǎn)溫度的平均值。 冷板散熱器 指采用真空釬焊、錫焊、鏟齒或插片工藝成型的齒間距較密，寬高比較大的散熱器。4引用/參考標(biāo)準(zhǔn)或資料下列標(biāo)準(zhǔn)包含的條文，通過在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成本標(biāo)準(zhǔn)的條文。在標(biāo)準(zhǔn)出版時(shí)，所示版本均為有效。所有標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)被修訂，使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方應(yīng)探討使用下列標(biāo)準(zhǔn)最新版本的可能性。GBxxxxx89 電力半導(dǎo)體器件用散熱器使用導(dǎo)則GB1145689 電力半導(dǎo)體器件用型材散熱器技術(shù)條件GJB/Z2792 國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)匯編,電子設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)手冊(cè) GB/T 1299291 電子設(shè)備強(qiáng)迫風(fēng)冷熱特性測(cè)試方法GB/T 1299391 電子設(shè)備熱性能評(píng)定電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)TSS0E0199001 電子設(shè)備的強(qiáng)迫風(fēng)冷熱設(shè)計(jì)規(guī)范分散式散熱產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)規(guī)范5 規(guī)范內(nèi)容 遵循的原則、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行，平衡熱設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)各種需求。 熱設(shè)計(jì)應(yīng)遵循相應(yīng)的國(guó)際、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、公司標(biāo)準(zhǔn)。 熱設(shè)計(jì)應(yīng)滿足產(chǎn)品的可靠性要求，以保證設(shè)備內(nèi)的元器件均能在設(shè)定的熱環(huán)境中正常工作，并保證達(dá)到設(shè)定的MTBF指標(biāo)。 各個(gè)元器件的參數(shù)選擇、安裝位置與方式必須符合散熱要求。 根據(jù)元器件的損耗大小及溫升要求確定是否加裝散熱器。 在規(guī)定的使用期限內(nèi)，冷卻系統(tǒng)(如風(fēng)扇等)的故障率應(yīng)比元件的故障率低。 模塊的控制回路中盡可能加裝溫度繼電器、壓力繼電器等熱保護(hù)回路以及風(fēng)速調(diào)節(jié)回路，以提高系統(tǒng)的可靠性。 在進(jìn)行熱設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮相應(yīng)的設(shè)計(jì)冗余，以避免在使用過程中因工況發(fā)生變化而引起的熱耗散及流動(dòng)阻力的增加。 熱設(shè)計(jì)應(yīng)考慮產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，在保證散熱的前提下使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠且體積最小、成本最低。　 冷卻系統(tǒng)要便于測(cè)試與維護(hù)。　 采用強(qiáng)迫風(fēng)冷的條件：在常壓下，， w/cm2須采用水冷或其它表面冷卻。 產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)要求 散熱器的表面溫度最高處的溫升應(yīng)小于45℃. 模塊內(nèi)部空氣的平均溫升應(yīng)小于20℃。 元器件的熱設(shè)計(jì)指標(biāo)元器件的熱設(shè)計(jì)指標(biāo)應(yīng)符合TSS0A0204001《器件應(yīng)力降額規(guī)范》，具體指標(biāo)如下： 功率器件的工作結(jié)溫應(yīng)小于最大結(jié)溫的()倍 對(duì)額定結(jié)溫為175℃的功率器件, 工作結(jié)溫小于140℃. 對(duì)額定結(jié)溫為150℃的功率器件, 工作結(jié)溫小于120℃. 對(duì)額定結(jié)溫為125℃的功率器件, 工作結(jié)溫小于100℃. 碳膜電阻　120℃ 金屬膜電阻　100℃壓制線繞電阻 150℃ 涂剝線繞電阻 225 ℃ 變壓器、扼流圈表面溫度 A級(jí) 90 ℃B級(jí) 110 ℃F級(jí) 150 ℃H級(jí) 180 ℃ 電容器的表面溫度 紙質(zhì)電容器 7585℃ 電解電容器 6580℃ 薄膜電容器 7585℃ 云母電容器 7585℃ 陶瓷電容器 7585℃ 系統(tǒng)的熱設(shè)計(jì) 常見系統(tǒng)的風(fēng)道結(jié)構(gòu)：l 盡量采用直通風(fēng)道，避免氣流的轉(zhuǎn)彎。在氣流急劇轉(zhuǎn)彎的地方，應(yīng)采用導(dǎo)風(fēng)板使氣流逐漸轉(zhuǎn)向，使壓力損失達(dá)到最小。l 盡量避免驟然擴(kuò)展和驟然收縮。l 進(jìn)、出風(fēng)口盡量遠(yuǎn)離，防止氣流短路。l 在機(jī)柜的面板、側(cè)板、后板沒有特別要求一般不要開通風(fēng)孔，防止氣流短路。圖1系統(tǒng)布局要點(diǎn)示意圖l 為避免上游的熱量回流到下游，影響其散熱，可以采用獨(dú)立風(fēng)道，分開散熱。l 風(fēng)道設(shè)計(jì)應(yīng)保證系統(tǒng)各個(gè)區(qū)域散熱均勻，避免在回流區(qū)和低速區(qū)產(chǎn)生熱點(diǎn)。l 并聯(lián)風(fēng)道應(yīng)根據(jù)各風(fēng)道散熱量的要求分配風(fēng)量, 避免風(fēng)道阻力不合理布局。l 要避免風(fēng)道的高低壓區(qū)的短路。l 最大損耗的元器件應(yīng)靠近出風(fēng)口。 l 保證進(jìn)、出風(fēng)口面積大于風(fēng)扇的通風(fēng)面積。 l 保證空氣流通并能夠以較大的風(fēng)速流過較熱的區(qū)域。l 避免在兩個(gè)熱點(diǎn)之間用一個(gè)小風(fēng)扇來冷卻。l 溫度敏感的元器件應(yīng)盡量靠近風(fēng)扇入口。l 盡可能采用吹風(fēng)以防止灰塵聚積。 l 盡可能采用空隙率較大的防塵網(wǎng)以減小阻力。 l 高熱器件的位置要求 如果不能消除SWIRL的影響，即無法保證流出風(fēng)扇框的流場(chǎng)是近似均勻的流場(chǎng)，則必須避免布置高熱器件在流場(chǎng)的旋渦區(qū)域，因?yàn)樵搮^(qū)域風(fēng)速最小。風(fēng)道1風(fēng)道2最簡(jiǎn)單的鼓風(fēng)風(fēng)道，由機(jī)柜底部進(jìn)風(fēng)，可由機(jī)柜頂部出風(fēng)。如果要求防滴落，可在頂部加蓋板，側(cè)出風(fēng)，或頂部安裝金屬絲網(wǎng)?？拷L(fēng)扇的區(qū)域換熱效果最佳，由于風(fēng)道必然存在漏風(fēng)，而且離風(fēng)扇較遠(yuǎn)處流場(chǎng)分布已較均勻，所以上區(qū)域的風(fēng)速相對(duì)較低，換熱比較弱，而且下面區(qū)域的熱量將帶入上插框。由于機(jī)柜內(nèi)為正壓，灰塵不會(huì)從縫隙進(jìn)入機(jī)柜。最簡(jiǎn)單的抽風(fēng)風(fēng)道，由機(jī)柜底部進(jìn)風(fēng)。流場(chǎng)分布均勻，各區(qū)域換熱強(qiáng)度相差不大。但如果風(fēng)道中有較大的縫隙，則會(huì)形成氣流部分短路，下面區(qū)域的通風(fēng)量將大大降低。下面區(qū)域的熱量依然被帶入上面的區(qū)域。機(jī)柜內(nèi)為負(fù)壓，灰塵將通過縫隙進(jìn)入機(jī)柜。風(fēng)道3風(fēng)道4風(fēng)扇框串聯(lián)風(fēng)道，適用于機(jī)柜風(fēng)阻較大的情況。靠近風(fēng)扇出風(fēng)口的部分換熱最強(qiáng)烈，但要注意風(fēng)扇的HUB附近將形成回流死區(qū)。中間插框由于上下風(fēng)扇串聯(lián)，氣流不能充分?jǐn)U散，靠近拉手條和母板的部分風(fēng)速會(huì)比較低，宜將發(fā)熱元器件與熱敏元器件布于單板的中間。如果單板較深，根據(jù)需要在深度方向上可采用兩排風(fēng)扇。風(fēng)扇也可分別置于機(jī)柜的頂部和底部，但噪音將比置于插框間大。插框獨(dú)立抽風(fēng)散熱風(fēng)道，適用于各框散熱量都比較大的情況，各插框散熱互不干擾。機(jī)柜由開孔前門進(jìn)風(fēng)，頂插框可以上出風(fēng)，下面的插框后出風(fēng)。采用軸流風(fēng)扇時(shí)，出風(fēng)直接受阻擋，風(fēng)阻較大。如果機(jī)柜不宜做得較深，必須在后門開孔，并且機(jī)柜離墻有足夠的距離；如果機(jī)柜可以做得較深，可以在后門與母板間流出足夠?qū)挾鹊目臻g作為風(fēng)道，將風(fēng)從機(jī)柜頂部排出，由于風(fēng)道多次垂直轉(zhuǎn)彎，將形成較大的風(fēng)阻，宜在后風(fēng)道安裝導(dǎo)風(fēng)裝置或采用離心風(fēng)扇。注意，由于進(jìn)風(fēng)為水平方向，單板的右上區(qū)（拉手條端）將形成回流區(qū)，此處不宜布置熱流量較高的元件和熱敏元件。風(fēng)道5風(fēng)道6自然對(duì)流獨(dú)立散熱風(fēng)道，與風(fēng)道4類似，無風(fēng)扇，機(jī)柜出風(fēng)口在后門的頂部。插框進(jìn)出風(fēng)口的大小根據(jù)發(fā)熱量和插框高度而定。機(jī)柜后面的風(fēng)道要求有足夠的寬度，根據(jù)具體設(shè)計(jì)而定。如果機(jī)柜中有的插框需要風(fēng)扇冷卻，有的插框自然散熱即可（如發(fā)熱量不大的電源模塊框），則采用獨(dú)立風(fēng)道的方式，結(jié)合風(fēng)道4與風(fēng)道5，均可滿足要求。這樣可以減少風(fēng)扇，降低噪音與成本。為L(zhǎng)UCENT寬帶傳輸?shù)臋C(jī)柜風(fēng)道，與風(fēng)道5類似，插框獨(dú)立散熱。兩個(gè)子框采用鼓風(fēng)方式，最下面的插框自然散熱。風(fēng)扇斜放的角度盡量大于45176。，避免風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)不利和產(chǎn)生較大的噪音。風(fēng)扇前面的斜板為防塵板，在這里安置防塵板，可以增加防塵面積，減小阻力，均化流場(chǎng)。如圖可見，采用鼓風(fēng)方式的獨(dú)立風(fēng)道將大大增加機(jī)柜高度。風(fēng)道7風(fēng)道8為風(fēng)道6的改進(jìn)版，將風(fēng)扇框與出風(fēng)口作為一體，可節(jié)省高度空間，斜板還有導(dǎo)風(fēng)作用。注意對(duì)于常用的直徑120的風(fēng)扇，標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)扇框的高度將達(dá)3U，比風(fēng)道4中的一體化風(fēng)扇框高1U，但局部散熱效果應(yīng)比風(fēng)道4的情況好，適用于散熱元器件比較集中且分布在風(fēng)量集中區(qū)域的情況。風(fēng)扇也可平放，高度可降低為2U，但噪音與進(jìn)風(fēng)會(huì)受一定影響。利用斜擋板將上下風(fēng)道分為兩個(gè)部分獨(dú)立散熱，由于風(fēng)扇進(jìn)出風(fēng)口沒有受到直接阻擋，其風(fēng)阻將比風(fēng)道7的情況要小，而且插框的流場(chǎng)均勻，無回流低速區(qū)?？筛鶕?jù)風(fēng)阻情況增加風(fēng)扇框。在富士通和三菱電機(jī)的寬帶CDMA樣機(jī)中均采用類似風(fēng)道結(jié)構(gòu)，但風(fēng)扇框直接放在進(jìn)風(fēng)口上面，噪音會(huì)比較大，但鼓風(fēng)換熱強(qiáng)度高，這種方式進(jìn)風(fēng)量會(huì)受一定影響。風(fēng)道9風(fēng)道10此為CISCO 12016的系統(tǒng)風(fēng)道設(shè)計(jì)。頂框?yàn)殡娫纯?，自帶風(fēng)扇前后通風(fēng)。下面有三個(gè)插框，風(fēng)道的頂部與底部各有一個(gè)風(fēng)扇框，采用離心風(fēng)扇后排風(fēng)，風(fēng)扇的進(jìn)風(fēng)口前有一定高度的靜壓腔使各單板送風(fēng)均勻。由中間插框的前面板進(jìn)風(fēng)，裝有防塵網(wǎng)。這種風(fēng)道將上下框的散熱量分開，避免了熱量的疊加，直接利用插框高度作為進(jìn)風(fēng)口，節(jié)省了機(jī)柜的高度空間。此為CISCO 7513的系統(tǒng)風(fēng)道設(shè)計(jì)。底部為電源模塊，自帶風(fēng)扇前后通風(fēng)。頂部為離心風(fēng)扇，向單板區(qū)抽風(fēng)冷卻，由機(jī)箱后下方進(jìn)風(fēng)，經(jīng)機(jī)箱前面深約200的風(fēng)道向前下方排出。風(fēng)道11風(fēng)道12Motorola CPX8216機(jī)箱風(fēng)道。采用可變速軸流風(fēng)扇鼓風(fēng)，風(fēng)扇豎放，風(fēng)扇的出風(fēng)口處裝有導(dǎo)風(fēng)葉片，將氣流按系統(tǒng)熱量分布分為三個(gè)部分，一部分冷卻電源模塊，一部分冷卻后插單板部分和前插單板的后半部分，一部分冷卻前插單板靠近拉手條的發(fā)熱元器件。這種設(shè)計(jì)使結(jié)構(gòu)緊湊，風(fēng)量合理分配。這是典型的機(jī)箱通風(fēng)風(fēng)道設(shè)計(jì)，采用離心風(fēng)扇抽風(fēng)，向后排出，進(jìn)風(fēng)口在機(jī)箱前下方。威圖和國(guó)外一些產(chǎn)品都采用這種風(fēng)道。我們目前掌握的離心風(fēng)扇資料中沒有合適的型號(hào)可用于這種設(shè)計(jì)，主要因?yàn)殡x心風(fēng)機(jī)的風(fēng)量過小，尺寸大，噪音也大。風(fēng)道13風(fēng)道14風(fēng)道12中如果沒有合適的離心風(fēng)扇型號(hào)可選，可用軸流風(fēng)扇豎放代替，但風(fēng)扇模塊將占用較大高度空間。如果機(jī)箱高度有限制，可將風(fēng)扇平放，但風(fēng)扇出風(fēng)口上方還是得留有一定出風(fēng)空間，至少40mm，如風(fēng)道4中的風(fēng)扇框一樣，這種方式風(fēng)阻較大，對(duì)風(fēng)量有一定影響，需要采用較大尺寸風(fēng)扇。鼓風(fēng)式的機(jī)箱風(fēng)道設(shè)計(jì)在Motorola的一些產(chǎn)品中可以見到。鼓風(fēng)的換熱強(qiáng)度比抽風(fēng)時(shí)高，但送風(fēng)不均勻，在風(fēng)扇中心和風(fēng)扇之間都存在回流死區(qū)，要警惕這些死區(qū)的存在，將發(fā)熱芯片布置在氣流集中的地方。將風(fēng)扇出風(fēng)口和單板保持50mm的距離，可使流場(chǎng)均勻，但將增加高度空間。另外，風(fēng)扇的進(jìn)風(fēng)口距離底板較近，會(huì)產(chǎn)生較大噪音，進(jìn)風(fēng)也受障礙，所以應(yīng)盡量加大距離，距下壁面至少40mm。風(fēng)道15風(fēng)道16Motorola曾在其基站產(chǎn)品中采用這種風(fēng)道設(shè)計(jì)，進(jìn)風(fēng)口在機(jī)柜上前方，在機(jī)柜底部采用兩個(gè)大離心風(fēng)扇抽風(fēng)，并向前方排出。這種通風(fēng)方式與自然對(duì)流的方向背道而弛，主要是考慮避免高速氣流正對(duì)人吹。另外向機(jī)柜前方出風(fēng)，避免了后出風(fēng)時(shí)靠墻安裝所遇到的阻力。風(fēng)道16為我司典型的模塊風(fēng)冷、機(jī)柜自冷的電源系統(tǒng)風(fēng)道結(jié)構(gòu)，采用并聯(lián)風(fēng)道,每一個(gè)單元都進(jìn)行單獨(dú)通風(fēng)冷卻，單元通風(fēng)可以是吹風(fēng)或抽風(fēng)。如果沒有前維護(hù)的需求，系統(tǒng)的出風(fēng)口可以在后門板上，位置最好直對(duì)風(fēng)扇，頂部可以密封；如果有前維護(hù)的需求，后門板不能出風(fēng)，則需利用系統(tǒng)的“煙囪”效應(yīng)，從頂部出風(fēng)。如果系統(tǒng)有門，系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)口必須正對(duì)模塊。如果系統(tǒng)有前維護(hù)的要求，需采用頂部出風(fēng)的風(fēng)道結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)其它部分的密封是必須的，以防止風(fēng)道短路及對(duì)上層配電元器件的影響。 圖2 典型系統(tǒng)風(fēng)道結(jié)構(gòu)示意圖 系統(tǒng)通風(fēng)面積的計(jì)算通風(fēng)口的面積大小應(yīng)為： S＝()(NS模塊)………………(1)S模塊系統(tǒng)通風(fēng)面積 ，m2N每層模塊的總數(shù) S模塊每一個(gè)模塊的通風(fēng)面積, m2 系統(tǒng)前門及防塵網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)散熱的影響 如果前門的進(jìn)風(fēng)口位置滿足要求，并且進(jìn)風(fēng)面積足夠，一般來講，開門與關(guān)門有約25℃差異。 如果需在系統(tǒng)上加防塵網(wǎng)，即使采用粗效的防塵網(wǎng)，也將帶來510℃的差異。 模塊級(jí)的熱設(shè)計(jì) 模塊損耗的計(jì)算方法模塊的損耗可由下式計(jì)算. Pdiss=(1/η1)Pout………………………………………(2)Pdiss 模塊的損耗,W Pout模塊的輸出功率,Wη模塊的效率功率損耗Pdiss是由于發(fā)熱器件的發(fā)熱而引起的，這些發(fā)熱器件包括開關(guān)管（MOSFET，IGBT），整流