【正文】 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(yuǎn)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(yùn)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。因此,一款風(fēng)冷散熱器能否正常“工作”,僅僅是更換更加合適、強(qiáng)勁的風(fēng)扇,也可以令散熱效果獲得大幅度的提升。另一方面,軸流風(fēng)扇的工作原理迫使流經(jīng)該風(fēng)扇出口截面的流體,在保證流體流出風(fēng)扇后一定距離的情況下,這種旋轉(zhuǎn)效果是能夠促進(jìn)流體間的混合,從而形成一個比較均勻的流場分布,當(dāng)風(fēng)扇距散熱器為一個風(fēng)扇的HUB直徑時,由于HUB存在而導(dǎo)致的不均勻流場可以得到較大程度上的改善,雖然流場分布還是存在一定程度上的不均勻,但是表現(xiàn)在散熱器上功率元器件的殼溫,卻沒有顯著的變化,:a 風(fēng)扇強(qiáng)迫吹風(fēng)冷卻時,在冷卻風(fēng)扇出口下游處,造成流場不均勻的主要因素主要是風(fēng)扇HUB的存在,其次才是流體流經(jīng)軸流風(fēng)扇后的旋轉(zhuǎn)效應(yīng).b 該結(jié)構(gòu)設(shè)計上,為了能夠獲得散熱器的最大散熱能力,一旦該距離超過一個風(fēng)扇的外形直徑后,對下游流場均勻程度的貢獻(xiàn)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(qiáng)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(jī)給定的轉(zhuǎn)速進(jìn)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(diǎn),通過軸流風(fēng)扇的流體并不完全是沿電機(jī)軸這一單方向進(jìn)行運(yùn)動的,通過軸流風(fēng)扇驅(qū)動的流體實(shí)際上是以電機(jī)軸為軸線,流體的實(shí)際流動方向如下圖所示:圖風(fēng)扇出口處流體的實(shí)際流動方向如前所述,通過軸流風(fēng)扇出口處的流體實(shí)際上是沿軸心旋轉(zhuǎn)向前流動的流體,那么風(fēng)扇的實(shí)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?yàn)榱黧w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(jìn)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(jī)體積,達(dá)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(qiáng)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(jìn)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(xì)認(rèn)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(dá)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。引入紊流以增強(qiáng)局部對流來增大 ,選用散熱面積較大的型材散熱器和風(fēng)量較大的風(fēng)機(jī)可以降低散熱器到環(huán)境介質(zhì)的熱阻,但散熱面積的增加和風(fēng)機(jī)風(fēng)量的提高均受裝置體積、,在散熱器和風(fēng)機(jī)參數(shù)一定的條件下,通過合理的風(fēng)道設(shè)計,在散熱器表面流場引入紊流是改善散熱的又一有效途徑.合理的風(fēng)道設(shè)計一般要求引導(dǎo)風(fēng)扇氣流沖擊散熱器表面,適當(dāng)?shù)母淖儦饬髟谏崞鞅砻娴牧鲃臃较蛞栽谏崞鞲浇鲌鲋行纬纱蟮臄_動,從而形成廣泛的紊流區(qū),加強(qiáng)散熱效果,如在散熱器前端加入擾流片等辦法。d物體表面的位置(平放、側(cè)放、垂直放置等)以及流動空間的大小.5)流體物態(tài)改變的影響.6)換熱面的邊界條件,如恒熱流、恒壁溫等,也會影響對流換熱.7)風(fēng)量和溫度的關(guān)系T＝Ta+式中Ta環(huán)境溫度,℃P整機(jī)功率,WQ風(fēng)扇的風(fēng)量,CFMT機(jī)箱內(nèi)的溫度,℃舉一個電路設(shè)計中熱阻的計算的例子:設(shè)計要求:芯片功耗:20瓦,芯片表面不能超過的最高溫度:85℃,環(huán)境溫度(最高):55℃計算所需散熱器的熱阻.實(shí)際散熱器與芯片之間的熱阻很小,℃/W作為近似.則 (R+)20W=85℃55℃得到 R=℃/W℃/W時才能保證芯片表面溫度不會超過85℃.使用風(fēng)扇能帶走散熱器表面大量的熱量,降低散熱器與空氣的溫差,:風(fēng)速(英尺/秒)熱阻(℃/W),則需要在散熱器中通水,利用水流帶走熱量,因?yàn)樯崞饕话愣加胁煌碾娢?所以必須采用絕緣強(qiáng)度較好的水,一般采用純凈水,一般還要加離子樹脂交換器,因?yàn)樯崞魃系慕饘匐x子會不斷的溶解到水中,這些離子需要被吸附清除.應(yīng)該說,從散熱的角度來說,水循環(huán)系統(tǒng)工藝要求高,安裝復(fù)雜,維護(hù)工作量大,而且一旦漏水,能夠用空氣冷卻解決問題的場合,就不要采用水冷.空氣冷卻能夠從設(shè)備中帶出來的熱量,與有效散熱面積的大小有關(guān)系,散熱面積越大,散熱的面積就越大,空氣冷卻的效果就越好.電力電子元件的熱量按照如下方式傳導(dǎo):沿散熱器表面散開,再沿表面?zhèn)鬟f到散熱片上,離開元件較遠(yuǎn)處,已經(jīng)基本感受不到熱量,所以把散熱器表面做大到一定程度,齒根處溫度較高,齒尖處只有很少的熱量到達(dá),所以增高齒片到一定程度,對散熱也毫無用處.所以,要解決大功率產(chǎn)品的空氣冷卻問題,唯一有效的辦法是,利用很多的元器件,均攤熱量,增大有效的散熱面積.當(dāng)然,采用功耗較小的新一代元器件,或者采用熱阻較小的新式散熱器,也可以使空氣冷卻的電源功率更大.關(guān)于電源散熱的另外一個問題是,把熱量從電源內(nèi)部帶出來以后,需要在室外安裝一個水空冷裝置,如果散熱量較大,需要安裝風(fēng)道,把熱空氣直接排出室外,否則,熱空氣會在室內(nèi)聚集,事實(shí)證明在大功率電源應(yīng)用中,需要較大的空調(diào)配置,是不經(jīng)濟(jì)的.降低熱阻,提高對流換熱的途徑主要有:加大散熱器尺寸或者增加散熱片數(shù)量以加大散熱面積 。b物體表面的幾何形狀,尺寸大小等。熱阻θJA(最壞的情況):ΔT/PD=75℃/=54℃/W。熱阻θJA(最壞的情況):ΔT/PD=75℃/=℃/W。θJC≈100℃/W.5)計算采用SO8封裝的參數(shù):