1、精品散熱器的選型與計算以 7805 為例說明問題 .設 I=350mA,Vin=12V, 則耗散功率 Pd=(12V-5V)*0.35A=2.45W按照TO-220封裝的熱阻0 JA=54 C /W,溫升是132 C，設室溫25 C ,那么將會達到7805的熱保護點150 C ,7805會斷開輸出.正確的設計方法是 首先 確定 最高 的 環 境溫 度, 比如 60 C ,查 出 7805 的 最 高結 溫TJMAX=125 C , 那 么 允 許 的 溫 升 是 65 C . 要 求的 熱 阻 是 65 C /2.45W=26 C /W. 再查 7805 的熱阻 ,TO-220 封裝的熱阻0

2、JA=54 C /W, 均高于要求值 ,都不能使用 ,所以都必須加散熱片 ,資料里講到加散熱片的時候 ,應該加上 4C /W 的殼到散熱片的熱阻 .計 算 散 熱 片 應 該 具有 的 熱 阻 也很 簡 單 ,與 電 阻 的 并 聯 一 樣, 即54/x=26,x=50 C /W. 其實這個值非常大 ,只要是個散熱片即可滿足 .散熱器的計算 :總熱阻 RQj-a=(Tjmax-T a)/PdTjmax : 芯組最大結溫 150 CTa :環境溫度 85 CPd : 芯組最大功耗Pd= 輸入功率 -輸出功率=24 X0.75+(-24) x(-0.25)-9.8 X0.25 X2=5.5 C /

3、W總熱阻由兩部分構成 ,其一是管芯到環境的熱阻 RQj-a, 其中包括結殼 熱阻 RQj-C 和管殼到環境的熱阻 RQC-a. 其二是散熱器熱阻 RQd-a,兩者并聯構成總熱阻 .管芯到環境的熱阻經查手冊知 RQj-C=1.0RQC-a=36 那 么 散 熱 器 熱 阻 RQd-a 應 <6.4. 散 熱 器 熱 阻RQd-a=(10/kd)1/2+650/AC其中k:導熱率 鋁為2.08d: 散熱器厚度 cmA：散熱器面積cm2C:修正因子取1按現有散熱器考慮,d=1.0A=17.6 X7+17.6 X1 X13算得散熱器熱阻RQd-a=4.1 C /W,散熱器選擇及散熱計算目前的電子

4、產品主要采用貼片式封裝器件， 但大功率器件及一些功率 模塊仍然有不少用穿孔式封裝，這主要是可方便地安裝在散熱器上， 便于散熱。 進行大功率器件及功率模塊的散熱計算， 其目的是在確定 的散熱條件下選擇合適的散熱器， 以保證器件或模塊安全、 可靠地工 作。散熱計算任何器件在工作時都有一定的損耗， 大部分的損耗變成熱量。 小 功率器件損耗小，無需散熱裝置。而大功率器件損耗大，若不采取散 熱措施，則管芯的溫度可達到或超過允許的結溫，器件將受到損壞。因此必須加散熱裝置， 最常用的就是將功率器件安裝在散熱器上， 利 用散熱器將熱量散到周圍空間， 必要時再加上散熱風扇， 以一定的風 速加強冷卻散熱。 在某些

5、大型設備的功率器件上還采用流動冷水冷卻 板，它有更好的散熱效果。 散熱計算就是在一定的工作條件下，通過 計算來確定合適的散熱措施及散熱器。 功率器件安裝在散熱器上。 它 的主要熱流方向是由管芯傳到器件的底部， 經散熱器將熱量散到周圍 空間。若沒有風扇以一定風速冷卻， 這稱為自然冷卻或自然對流散熱。熱量在傳遞過程有一定熱阻。 由器件管芯傳到器件底部的熱阻為RJC,器件底部與散熱器之間的熱阻為 RCS,散熱器將熱量散到周圍空間的熱阻為RSA，總的熱阻RJA="R"JC+RCS+RSA。若器件的最 大功率損耗為PD,并已知器件允許的結溫為 TJ、環境溫度為TA , 可以按下式求出

6、允許的總熱阻 RJA。RJAW(TJ-TA)/PD則計算最大允許的散熱器到環境溫度的熱阻 RSA 為RSAW(T_J-T_AoverP_D)-(RJC+RCS)出于為設計留有余地的考慮，一般設 TJ為125 C。環境溫度也要考慮較壞的情況，一般設 TA=40 C 60 C。RJC的大小與管芯的尺寸封裝結構有關， 一般可以從器件的數據資料中找到。 RCS 的大小與安裝 技術及器件的封裝有關。 如果器件采用導熱油脂或導熱墊后， 再與散 熱器安裝，其RCS典型值為0.10.2 C /W;若器件底面不絕緣，需要另 外加云母片絕緣，則其RCS可達C /W 。 PD為實際的最大損耗功率，可根據不同器件的工

7、作條件計算而得。這樣， RSA 可以計算出 來，根據計算的 RSA 值可選合適的散熱器了。散熱器簡介小型散熱器 （或稱散熱片 ）由鋁合金板料經沖壓工藝及表面處理制成，而大型散熱器由鋁合金擠壓形成型材， 再經機械加工及表面處 理制成。它們有各種形狀及尺寸供不同器件安裝及不同功耗的器件選 用。散熱器一般是標準件， 也可提供型材，由用戶根據要求切割成一 定長度而制成非標準的散熱器。 散熱器的表面處理有電泳涂漆或黑色 氧極化處理， 其目的是提高散熱效率及絕緣性能。 在自然冷卻下可提 高 10-15% ，在通風冷卻下可提高 3% ，電泳涂漆可耐壓 500800V 。散熱器廠家對不同型號的散熱器給出熱阻值

8、或給出有關曲線， 并 且給出在不同散熱條件下的不同熱阻值。計算實例一功率運算放大器 PA02（APEX 公司產品 ）作低頻功放，其電路如圖 1 所示。器件為 8引腳 TO-3 金屬外殼封裝。 器件工作條件如下 :工作電壓 VS 為 18V; 負載阻抗 RL 為 4，工作頻率直流條件下可到 5kHz，環境溫度設為40 C,采用自然冷卻。查 PA02 器件資料可知 :靜態電流 IQ 典型值為 27mA ，最大值為40mA;器件的RJC（從管芯到外殼）典型值為2.4 C /W，最大值為2.6 C /W 。器件的功耗為 PD:PD=PDQ+PDOUT式中 PDQ 為器件內部電路的功耗， PDOUT 為

9、輸出功率的功耗。PDQ=IQ(VS+|-VS|) , PDOUT=VA2_S/4RL ，代入上式P D=IQ(VS+|-VS|)+V八2_S/4RL=37mA(36V)+18V2/44=21.6式中靜態電流取 37mA 。散熱器熱阻 RSA 計算:RSA <(T_J-T_AoverP_D)-(R_JC+R_CS)為留有余量，TJ設125 C, TA設為40 C, RJC取最大值 (RJC="2".6 C /W) , RCS 取 0.2 C /W , (PA02 直接安裝在散熱器上, 中間有導熱油脂 ）。將上述數據代入公式得RSA < 125 C -40 C ov

10、er21.6W-(2.6 C /W+0.2 C /W) <1.135 C /WHSO4在自然對流時熱阻為0.95 C/W，可滿足散熱要求。注意事項1.在計算中不能取器件數據資料中的最大功耗值， 而要根據實際條件來計算；數據資料中的最大結溫一般為150 C,在設計中留有余地取125 C,環境溫度也不能取 25 C （要考慮夏天及機箱的實際溫2. 散熱器的安裝要考慮利于散熱的方向， 并且要在機箱或機殼上 相應的位置開散熱孔 （使冷空氣從底部進入，熱空氣從頂部散出 ）。3. 若器件的外殼為一電極，則安裝面不絕緣（與內部電路不絕緣）。安裝時必須采用云母墊片來絕緣，以防止短路。4. 器件的引腳要穿

11、過散熱器，在散熱器上要鉆孔。為防止引腳與孔壁相碰，應套上聚四氟乙稀套管。5. 另外，不同型號的散熱器在不同散熱條件下有不同熱阻，可供設計時參改，即在實際應用中可參照這些散熱器的熱阻來計算， 并可 采用相似的結構形狀（截面積、周長）的型材組成的散熱器來代用。6. 在上述計算中，有些參數是設定的，與實際值可能有出入，代用的型號尺寸也不完全相同，所以在批量生產時應作模擬試驗來證實 散熱器選擇是否合適，必要時做一些修正（如型材的長度尺寸或改變 型材的型號等）后才能作批量生產。散熱器選型，散熱面積理論計算及風扇選擇。(2010-11-23 23:51:57)轉載簽: 雜談散熱器選擇的計算方法一，各熱參數

12、定義:Rja總熱阻，C /W ；Rjc器件的內熱阻，C /W ；感謝下載載Rcs器件與散熱器界面間的界面熱阻，c /W ；Rsa散熱器熱阻，c /W ；Tj發熱源器件內結溫度，c；Tc發熱源器件表面殼溫度，c；Ts散熱器溫度，c；Ta環境溫度，c；Pe器件使用功率， W ；ATsa散熱器溫升，c；二，散熱器選擇：Rsa =(Tj-Ta) Pc - Rjc -Rcs式中：Rsa （散熱器熱阻）是選擇散熱器的主要依據。Tj 和 Rjc 是發熱源器件提供的參數，Pc 是設計要求的參數，Rcs 可從熱設計專業書籍中查表 ,或采用 Rcs= 截面接觸材料厚度 /接觸面積 X 接觸材料導熱系數）。1) 計

13、算總熱阻 Rja： Rja= (Tjmax-Ta) Pc(2)計算散熱器熱阻Rsa或溫升 Tsa: Rsa = Rja Rtj RteATsa =Rsa xPe3）確定散熱器按照散熱器的工作條件（自然冷卻或強迫風冷），根據Rsa或ATsa和Pc選擇散熱器，查所選散熱器的散熱曲線（Rsa曲線或 Tsa線），曲線上查出的值小于計算值時，就找到了合適的熱阻散 熱器及其對應的風速，根據風速流經散熱器截面核算流量及根據散熱 器流阻曲線上風速對應的阻力壓降，選擇滿足流量和壓力工作點的風 扇。散熱器熱阻曲線三，散熱器尺寸設計:對于散熱器，當無法找到熱阻曲線或溫升曲線時， 可以按以下方法確定:按上述公式求出散

14、熱器溫升 Tsa,然后計算散熱器的綜合換熱系數a：a=7.2 P1 p2p3VV(Tf-Ta) /20式中：描寫散熱器L/b對a的影響，（L為散熱器的長度，b為兩肋片的間距）；描寫散熱器h/b對a的影響，（h為散熱器肋片的高度）；描寫散熱器寬度尺寸W增加時對a的影響;W(Tf-Ta) /20描寫散熱器表面最高溫度對周圍環境的溫升對a的影響;以上參數可以查表得到。計算兩肋片間的表面所散的功率 q0q0 = aX/Tfa x(2h+b ) XL根據單面帶肋或雙面帶肋散熱器的肋片數n,計算散熱功率Pc'單面肋片：Pc'=RqO雙面肋片：Pc'=2 nqO單面肋，簡單的說，就是

15、一邊帶肋，一邊是一個平面。利于在特定 場合下的裝配，例如在電源模塊上。） 若Pc' >Pc時則能滿足要求。四，估算散熱器表面積： 由 Q=HA （ T1-T2 ）結合修正系數推得：S = 0.86W/( T*a)（平方米）式中T散熱器溫度與周圍環境溫度（Ta）之差（C）； a（h ）換熱系數，是由空氣的物理性質及空氣流速決定的。a的值可以表示為:a= Nu* "L式中入 熱電導率由空氣的物理性質決定;L散熱器高度;Nu 空氣流速系數。Nu 值由下式決定Nu = 0.664* (V/V1F(1/2)* P r八(1/3)式中V動黏性系數，是空氣的物理性質;V1 散熱器表面

16、的空氣流速；Pr參數（見下表）。動黏性系數熱電導率Pr0.1380.02070.72200.1560.02210.71400.1750.02340.71600.1960.02470.71800.2170.02600.701000.2300.02720.701200.2620.02850.70五，計算阻力壓降：計算流經散熱器阻力壓降：在算出換熱系數h (a )之后，根據預選的散熱器表面的空氣流速 V,計算流經散熱器的空氣阻力壓降：仲二f* ( L/D ) *(1/2)*( pV2)式中：沿程壓力損失， Pa；空氣平均流速， m/s ；沿程阻力系數；空氣密度，kg/m3 ；沿程長度，m；當量直徑，

17、m。D=4 散熱器截面面積/ 截面周長)。六，計算流量： 計算流經散熱器流量Q=AV式中Q- 流量A- 風量流經散熱器截面積V- 風量流經散熱器風速七，風扇選擇： 根據計算獲得的Q和君選擇風扇PQ曲線內包含Q與點即可。I、風扇的特性曲線的交點就是該風扇的工作點， 推薦系統工作在C點, 低阻力工作點。芯片散熱的熱傳導計算技術分類： 微處理器與DSP消費電子設計I 2006-12-04來源：電子產品世界I作者：3M中國有限公司北京技術中心 方科式中：Z為導熱材料的熱阻抗，A為傳熱面積。芯片的工作溫度T2為:(6)T2 = T1+ P XR式中：T1為空氣溫度；P為芯片的發熱功率；R為熱傳導過程的總

18、熱阻。芯片的熱阻和功率可以從芯片和散熱器的技術規 格中獲得，散熱器的熱阻可以從散熱器的技術規格中得到， 從而可以 計算出芯片的工作溫度T2。實例F面通過一個實例來計算芯片的工作溫度。 芯片的熱阻為1.75 C/W，功率為5W，最高工作溫度為90 C,散熱器熱阻為 1.5 C /W ,導熱材料的熱阻抗Z為5.8 C cm2/W ,導熱材料的傳熱面 積為5cm2，周圍環境溫度為50 C。導熱材料理論熱阻R4為:5(cm2)=1.16 CR4 = Z/A = 5.8 (C m2/W)/W由于導熱材料同芯片和散熱器之間不可能達到100 %的結合，會存在一些空氣間隙，因此導熱材料的實際熱阻要大于理論 熱阻。假定導熱材料同芯片和散熱器之間的結合面積為總面積的60 %，則實際熱阻R3為:R3 = R4/60%