1、9.1 半導體器件的溫升控制半導體器件的溫升控制 9.2 熱量的傳導熱量的傳導 9.3 散熱片散熱片 小結小結9.4 熱量的輻射和對流熱量的輻射和對流 首首 頁頁&理論上半導體器件的最高溫度極限是它內部的理論上半導體器件的最高溫度極限是它內部的本征溫度本征溫度Ti，半導體器件的輕摻雜區和重摻雜區，半導體器件的輕摻雜區和重摻雜區的本征溫度相同。如果超過這個溫度，的本征溫度相同。如果超過這個溫度，PN結的特結的特性將會消失，本來起屏障作用的耗盡區將會被本性將會消失，本來起屏障作用的耗盡區將會被本征載流子代替。征載流子代替。&通常情況下，半導體器件隨著它內部溫度的升通常情況下，半導體

2、器件隨著它內部溫度的升高，能量損耗加大，當內部溫度達到高，能量損耗加大，當內部溫度達到200時，它時，它的能量損耗非常大。的能量損耗非常大。下 頁返回下 頁上 頁返 回&當一個由半導體器件所形成的系統在當一個由半導體器件所形成的系統在2040的的溫度下運行時，則該系統的工作穩定性最好。溫溫度下運行時，則該系統的工作穩定性最好。溫度測量系統在正常的工作溫度范圍內必須很精確，度測量系統在正常的工作溫度范圍內必須很精確，必須保證在必須保證在125工作溫度下的精確性。工作溫度下的精確性。&晶閘管的最高結溫低于晶閘管的最高結溫低于125。當晶閘管的結溫。當晶閘管的結溫達到達到125時，如

3、果此時施加在晶閘管上的正向電時，如果此時施加在晶閘管上的正向電壓變化率壓變化率(du/dt)正好為它的最大允許值，則晶閘正好為它的最大允許值，則晶閘管可能會產生誤導通或者關斷。管可能會產生誤導通或者關斷。 下 頁上 頁返 回&如果器件是按高溫條件進行設計，熱屏蔽須對如果器件是按高溫條件進行設計，熱屏蔽須對換流器的每一個元件都有屏蔽作用。換流器的每一個元件都有屏蔽作用。&在某些特殊應用場合，要求器件能在高溫環境在某些特殊應用場合，要求器件能在高溫環境下工作，此時必須采取大范圍的熱屏蔽措施。下工作，此時必須采取大范圍的熱屏蔽措施。&電力電子設備在高溫環境下運行時，散熱裝置電

4、力電子設備在高溫環境下運行時，散熱裝置是必須首先考慮的一個因素。它包括散熱片的尺是必須首先考慮的一個因素。它包括散熱片的尺寸，重量，安裝位置以及環境溫度等，必要時可寸，重量，安裝位置以及環境溫度等，必要時可以考慮安裝風扇來提高散熱效果。以考慮安裝風扇來提高散熱效果。下 頁上 頁返 回&當溫度超過當溫度超過50時，以后每升高時，以后每升高1015，半導體器，半導體器件的可靠性就會成倍的降低。件的可靠性就會成倍的降低。&散熱片是設計電力電子系統經常采用的散熱方式。散熱片是設計電力電子系統經常采用的散熱方式。傳導擴散傳導擴散輻射擴散輻射擴散對流擴散對流擴散自然冷卻方式自然冷卻方式風扇

5、冷卻風扇冷卻(強迫風冷強迫風冷)液體冷卻方式液體冷卻方式散熱片冷卻方式散熱片冷卻方式熱量擴散形式熱量擴散形式下 頁上 頁返 回9.2.1 熱阻熱阻 熱量由左向右進行傳熱量由左向右進行傳導。熱量總是從溫度導。熱量總是從溫度高的一端流向溫度低高的一端流向溫度低的一端流動。的一端流動。 l熱功率熱功率 單位時間內通過某一橫截面單位時間內通過某一橫截面的熱能。的熱能。 AT1dbhPT2熱量流動方向熱量流動方向( (P Pcondcond) )下 頁上 頁返 回dTAPcondD DT: 導熱材質兩端的溫度差，導熱材質兩端的溫度差， D DT =T2-T1 T2: : 材質較熱一端的溫度材質較熱一端的

6、溫度，單位均為，單位均為 T1: : 溫度較低一端的溫度溫度較低一端的溫度，單位均為，單位均為 A: : 材質的橫截面積材質的橫截面積, ,單位為單位為m2d : : 長度，單位為米長度，單位為米：熱傳導率，單位為瓦每米攝氏度：熱傳導率，單位為瓦每米攝氏度熱量的傳導與導熱媒質的物理特性有關，計算公式熱量的傳導與導熱媒質的物理特性有關，計算公式為：為： 下 頁上 頁返 回 有一長方體的鋁條，如圖所示。圖中有一長方體的鋁條，如圖所示。圖中h=b=1cm,d=20cm，單位時間內輸送到鋁條最左端，單位時間內輸送到鋁條最左端的熱功率的熱功率Pcond為為3W。已知鋁條最右端的表面溫度。已知鋁條最右端的

7、表面溫度T1=40。試求鋁條始端的溫度。試求鋁條始端的溫度T2等于多少？等于多少？ 解解例例根據式根據式dTAPcondD)( 3 .6701. 001. 02202 . 0312CTbhdPTocond得得:AT1dbhPT2熱量流動方向熱量流動方向( (P Pcondcond) )下 頁上 頁返 回例例 一套晶體組件被封裝在如圖所示的長方體一套晶體組件被封裝在如圖所示的長方體鋁條中，已知鋁條中，已知h=3cm,b=4cm,d=2mm,當熱量從一端當熱量從一端傳到另一端時，溫度下降了傳到另一端時，溫度下降了3，若忽略其它任何，若忽略其它任何熱損失，試求該鋁條能傳導的最大熱功率熱損失，試求該鋁

8、條能傳導的最大熱功率Pcond等等于多少？于多少？解解根據式根據式dTAPcondD21()220 0.03 0.04 33960.002A TTpd(W)得得:AT1dbhPT2熱量流動方向熱量流動方向( (P Pcondcond) )下 頁上 頁返 回熱阻熱阻Rcond為：為： condcondPTRD 熱阻與導熱材質的熱傳導率和物理尺寸有關，它反熱阻與導熱材質的熱傳導率和物理尺寸有關，它反映了導熱材質的導熱能力，單位為映了導熱材質的導熱能力，單位為/W。 將將 代入到上式，代入到上式，dTAPcondDAdcondR得得:AT1dbhPT2熱量流動方向熱量流動方向( (P Pcondco

9、nd) )下 頁上 頁返 回等效等效熱阻熱阻電路中的電阻電路中的電阻等效等效熱傳導功率熱傳導功率電路中的電流電路中的電流等效等效溫度溫度電路中的電位電路中的電位等效等效溫差溫差電路中的電壓電路中的電壓根據熱阻概念，利用電路中的相關計算公式計算熱根據熱阻概念，利用電路中的相關計算公式計算熱傳導中的有關變量，使熱傳導計算變得簡單。傳導中的有關變量，使熱傳導計算變得簡單。下 頁上 頁返 回Rq q jc結結Ta隔離層隔離層外殼外殼TjRq q saRq q csP將多層導熱結構用熱傳導等效電路的熱阻串聯形式表將多層導熱結構用熱傳導等效電路的熱阻串聯形式表示，則從熱導體本身的結到散熱片的總熱阻為：示，

10、則從熱導體本身的結到散熱片的總熱阻為： Tj結結散熱片散熱片隔離層隔離層外殼外殼TasacsjcjacondRRRRRqqqq下 頁上 頁返 回結溫用結溫用Tj表示、散熱片的溫度用表示、散熱片的溫度用Ta表示，總散熱功率表示，總散熱功率用用Pcond表示表示,根據式根據式 的熱傳導歐姆定律，的熱傳導歐姆定律，則結溫則結溫Tj可表示為：可表示為：condcondPTRDasacsjccondjTRRRPT)(qqq只要給出了導熱材質的物理參數和熱傳導率，就可根只要給出了導熱材質的物理參數和熱傳導率，就可根據式據式 求出對應的熱阻，再根據等效導求出對應的熱阻，再根據等效導熱電路模型，得到多層傳導結

11、構的熱分布計算公式，熱電路模型，得到多層傳導結構的熱分布計算公式，求得導熱環節不同部位的溫度。求得導熱環節不同部位的溫度。 AdRcond下 頁上 頁返 回盡量減小導熱材質的熱阻，相當于縮短了熱傳導路盡量減小導熱材質的熱阻，相當于縮短了熱傳導路徑，從而有效降低熱傳導路徑的溫差。徑，從而有效降低熱傳導路徑的溫差。傳熱材質的散熱面積越大越好，可加速熱傳導效率、傳熱材質的散熱面積越大越好，可加速熱傳導效率、減少或降低導熱材質的寄生熱容。減少或降低導熱材質的寄生熱容。在大功率變流設備的散熱材質設計中，散熱材質的在大功率變流設備的散熱材質設計中，散熱材質的熱傳導率越大越好，可減小了傳熱路徑的熱阻。熱傳導

12、率越大越好，可減小了傳熱路徑的熱阻。下 頁上 頁返 回硅材料制成的電力電子器件采用雙層散熱結構。硅材料制成的電力電子器件采用雙層散熱結構。小功率或標準功率器件只須單層結構。小功率或標準功率器件只須單層結構。大功率器件散熱設計中，封裝材料采用熱傳導率較大功率器件散熱設計中，封裝材料采用熱傳導率較高的導熱材質，如采用自然冷卻方式仍達不到要求，高的導熱材質，如采用自然冷卻方式仍達不到要求，則須采用強迫風冷、水冷，甚至液氮冷卻方式。則須采用強迫風冷、水冷，甚至液氮冷卻方式。所采取的散熱方式，應能保證半導體材料的結熱阻所采取的散熱方式，應能保證半導體材料的結熱阻Rjc小于小于1/W。下 頁上 頁返 回9

13、.2.2 暫態熱阻抗暫態熱阻抗 變流設備出現負荷的大幅變化，使變流設備的傳變流設備出現負荷的大幅變化，使變流設備的傳輸功率急劇增加，從而導致變流設備中功率半導輸功率急劇增加，從而導致變流設備中功率半導體器件自身的損耗成正比地增加。這些突增的損體器件自身的損耗成正比地增加。這些突增的損耗，須通過功率半導體器件的散熱渠道迅速擴散耗，須通過功率半導體器件的散熱渠道迅速擴散出去。出去。溫升超過一定數值時，會損壞半導體器件，急速溫升超過一定數值時，會損壞半導體器件，急速增加的損耗相當于散熱功率的急劇增加，散熱環增加的損耗相當于散熱功率的急劇增加，散熱環節中的散熱材質必須能承受這種暫態熱沖擊。節中的散熱材

14、質必須能承受這種暫態熱沖擊。下 頁上 頁返 回功率半導體器件的暫態熱阻抗表征了半導體材料對功率半導體器件的暫態熱阻抗表征了半導體材料對溫度迅猛上升的反應能力。溫度迅猛上升的反應能力。在熱傳導過程中，由于瞬態耗散功率的增加，導致在熱傳導過程中，由于瞬態耗散功率的增加，導致導熱材質在短時間內不能迅速將熱傳導出去，從而導熱材質在短時間內不能迅速將熱傳導出去，從而造成導熱材質自身的溫度增加。導熱材質的溫升多造成導熱材質自身的溫度增加。導熱材質的溫升多少則取決于材質本身的熱容量。少則取決于材質本身的熱容量。 l暫態熱阻抗暫態熱阻抗暫態熱沖擊所呈暫態熱沖擊所呈現的熱阻抗。現的熱阻抗。 下 頁上 頁返 回l

15、熱容熱容 導熱材質的熱存儲能力導熱材質的熱存儲能力 。 “熱容熱容”用符號用符號Cs表示：表示：dACCvsA: 材質的橫截面積材質的橫截面積,單位為單位為m2d : 長度，單位為米長度，單位為米Cv：導熱材質單位體積內的熱容量，（單位體積的：導熱材質單位體積內的熱容量，（單位體積的熱能熱能Q隨溫度隨溫度T的變化率），單位為的變化率），單位為J/K(焦耳焦耳/開開)。Cv可表示為：可表示為：dTdQCv下 頁上 頁返 回熱量的散失是時間的函數。經過一段時間后，結溫熱量的散失是時間的函數。經過一段時間后，結溫與熱量散失之間建立起一個平衡。與熱量散失之間建立起一個平衡。R0Pcond(t)tRq

16、qPcond(t)Ti(t)Ta熱時間常數為：熱時間常數為：4/sCRqq q qlog(t)Rq qTi(t q q)=0.833P0Rq q0)(logPtTi下 頁上 頁返 回如果時間如果時間t比導熱材質的熱時間常數比導熱材質的熱時間常數tB小，結溫隨時小，結溫隨時間的變化關系為：間的變化關系為： 式中，式中，P0為恒定的熱輸入功率。當時間為恒定的熱輸入功率。當時間t遠大于熱時遠大于熱時間常數間常數 q q 時，可近似認為時，可近似認為Tj達到了它的最終穩態值達到了它的最終穩態值P0Rq q +Ta。aSjTCRtPtT)/(4)(0q q qlog(t)Rq qTi(t q q)=0.

17、833P0Rq q0)(logPtTi導熱材質在暫態過導熱材質在暫態過程中呈現出的暫態程中呈現出的暫態熱阻抗熱阻抗Zq q(t)。下 頁上 頁返 回實際的裝置中，熱量流過很多層不同的物質。實際的裝置中，熱量流過很多層不同的物質。TaTCTjTCuP(t)熱沉積熱沉積銅銅硅硅P(t)Rq q(S)TaCs(Cu)TjRq q(Cu)Rq q（散熱片）散熱片）Cs(S)Cs( (散熱片散熱片) )Rq q(S).Rq q(Cu).Rq q（散熱片）散熱片）Rq q(S). Rq q(Cu)Rq q(S)log(t) q q(S) q q(Cu) q q（散熱片）散熱片）0)(logPtTiTj結結

18、散熱片散熱片隔離層隔離層外殼外殼Ta總的暫態熱阻抗總的暫態熱阻抗Zq q(t)是每層暫態熱阻抗之是每層暫態熱阻抗之和，不同的導熱材質和，不同的導熱材質有對應的暫態熱阻抗有對應的暫態熱阻抗曲線。曲線。下 頁上 頁返 回如已給定暫態熱阻抗如已給定暫態熱阻抗Zq(t)的特性，并且已知隨時間的特性，并且已知隨時間變化的傳導熱功率變化的傳導熱功率P(t)，就可以估算出半導體器件，就可以估算出半導體器件的結溫：的結溫： ajTtZtPtT)()()(q如果輸入的熱功率特性為矩形脈沖函數，其脈沖寬如果輸入的熱功率特性為矩形脈沖函數，其脈沖寬度的有效范圍為度的有效范圍為0tt2，則結溫的估算根據以下表，則結溫

19、的估算根據以下表達式計算：達式計算：ajTttZtZPtT)()()(20qq下 頁上 頁返 回Rq q(S). Rq q(Cu). Rq q（散熱片）散熱片）Rq q(S).Rq q(Cu)Rq q(S)log(t) q q(S) q q(Cu) q q（散熱片）散熱片）0)(logPtTi熱阻抗曲線圖主要是用來估算熱阻抗，并根據式熱阻抗曲線圖主要是用來估算熱阻抗，并根據式 Tj(t)=P0Zq q(t)-Zq q(t-t2)+Ta 得到半導體的結溫。得到半導體的結溫。如果熱輸入功率如果熱輸入功率P(t)曲線圖不是矩形脈沖形式，曲線圖不是矩形脈沖形式，一般也可采用矩形脈沖來近似。一般也可采用

20、矩形脈沖來近似。下 頁上 頁返 回當熱輸入功率為圖中所示的正弦半波函數時，可當熱輸入功率為圖中所示的正弦半波函數時，可用正弦半波峰值用正弦半波峰值P0作為矩形脈沖的幅值來近似，作為矩形脈沖的幅值來近似，對應的脈沖寬度為對應的脈沖寬度為T/4。結溫估算表達式為：。結溫估算表達式為：ajTTtZTtZPtT)8/3()8/()(0qq等效矩形脈沖等效矩形脈沖正弦半波函數正弦半波函數T/8P(t)P0t003( )( )();8TP tPu tPu tu(t)為階躍函數為階躍函數3T/8T/20下 頁上 頁返 回要增加器件的暫態熱傳導功率，就必須增加器件的熱要增加器件的暫態熱傳導功率，就必須增加器件

21、的熱時間常數時間常數 Rq q Cs/4 ，但這種方式行不通。但這種方式行不通。4/421qdCCRVsAdRconddACCvs將式將式 和式和式 相乘后相乘后（再乘上（再乘上 /4）得）得: 要增加熱時間常數，就應增加要增加熱時間常數，就應增加Cv的值。的值。為了降低熱阻，通常應增加熱傳導率。為了降低熱阻，通常應增加熱傳導率。熱傳導路徑的長度熱傳導路徑的長度d盡量短，以減小熱阻盡量短，以減小熱阻Rq q。下 頁上 頁返 回在實際情況下，一般應優先保證選擇較小的熱阻在實際情況下，一般應優先保證選擇較小的熱阻Rq q，這時的熱時間常數相對小一些。，這時的熱時間常數相對小一些。大多數的功率器件擁

22、有大大超過它的平均功率的大多數的功率器件擁有大大超過它的平均功率的過載能力。過載能力。 器件在暫態工作中的散熱能力很重要的。器件在暫態工作中的散熱能力很重要的。器件的過載能力不僅包括規定的暫態功率額定值，器件的過載能力不僅包括規定的暫態功率額定值，還包括它所能耐受的時間。過負荷幅值的大小不同，還包括它所能耐受的時間。過負荷幅值的大小不同，器件能夠耐受的時間也不相同。器件能夠耐受的時間也不相同。下 頁上 頁返 回如散熱片采用自然冷卻，如散熱片采用自然冷卻，則它的翼片之間的距離至則它的翼片之間的距離至少少10-15mm, , 如再涂上黑如再涂上黑色的涂料，那么它的熱阻色的涂料，那么它的熱阻將下降將

23、下降25%左右。左右。鋁散熱片鋁散熱片Tj結結散熱片散熱片隔離層隔離層外殼外殼Ta假如用風扇冷卻，它的熱阻假如用風扇冷卻，它的熱阻Rq q將會更低將會更低, , 但會減少但會減少它的熱容它的熱容Cs。下 頁上 頁返 回M盡量減少器件本身與外殼之間的熱阻盡量減少器件本身與外殼之間的熱阻Rq qjc，有利，有利于熱功的散失。于熱功的散失。M在器件外殼與外殼周圍之間提供一條良好的散熱在器件外殼與外殼周圍之間提供一條良好的散熱途徑。途徑。鋁散熱片鋁散熱片M如散熱片采用自然冷卻，則它的翼片之間的距離如散熱片采用自然冷卻，則它的翼片之間的距離至少至少10-15mm, , 如再涂上黑色的涂料，那么它的熱如再

24、涂上黑色的涂料，那么它的熱阻將下降阻將下降25%左右。左右。下 頁上 頁返 回Tj結結散熱片散熱片隔離層隔離層外殼外殼TaM鋁散熱片自然冷卻的熱時鋁散熱片自然冷卻的熱時間常數大約是間常數大約是415min。如如采用風扇冷卻，其熱阻采用風扇冷卻，其熱阻Rq q將將會更低，如做的更小更輕些，會更低，如做的更小更輕些， 將降低它的熱容將降低它的熱容Cs。M鋁散熱片強迫冷卻的熱時間常數要比自然冷卻小很鋁散熱片強迫冷卻的熱時間常數要比自然冷卻小很多。強迫冷卻的鋁散熱片的時間常數多。強迫冷卻的鋁散熱片的時間常數tq q的典型值通常的典型值通常遠遠不到遠遠不到1min。下 頁上 頁返 回M強迫散熱方式下，鋁

25、散熱片的翼片之間的距離只要強迫散熱方式下，鋁散熱片的翼片之間的距離只要幾毫米就可以了，這樣可節省很多的空間。幾毫米就可以了，這樣可節省很多的空間。M在大功率的裝置中，還經常使用水或者油來提高熱在大功率的裝置中，還經常使用水或者油來提高熱傳導效率。傳導效率。M設計時，須考慮最高結溫設計時，須考慮最高結溫Tj.max，最高環境溫度，最高環境溫度Ta.max，最高工作電壓以及最大工作電流。，最高工作電壓以及最大工作電流。M功率器件的開關損耗可根據它的瞬態時間以及開關功率器件的開關損耗可根據它的瞬態時間以及開關時間的能量損耗來估算。能量損耗時間的能量損耗來估算。能量損耗Ploss是通態損耗和是通態損耗

26、和平均開關損耗的總和。平均開關損耗的總和。下 頁上 頁返 回外圍的總熱阻外圍的總熱阻Rq qja為：為： sacsjcjacondRRRRRqqqq根據式根據式 得熱導體到得熱導體到LossajjaPTTR/ )(max.max.qM從結到外殼的熱阻從結到外殼的熱阻Rq qjc一般可從功率半導體器件的一般可從功率半導體器件的說明書中查到；說明書中查到；M外殼到散熱片的熱阻外殼到散熱片的熱阻Rqcs則根據隔離層熱介質的則根據隔離層熱介質的不同而不同。不同而不同。下 頁上 頁返 回M使用熱油可排除云母和晶體交界處的空氣，有利于使用熱油可排除云母和晶體交界處的空氣，有利于熱的傳導。熱的傳導。M如果散

27、熱化合物使用得過多，那么這一層將會變得如果散熱化合物使用得過多，那么這一層將會變得很厚，它的熱阻反而會增加。很厚，它的熱阻反而會增加。sacsjcjacondRRRRRqqqq計算從散熱片到外圍的熱阻計算從散熱片到外圍的熱阻Rq qsa。再根據散熱片廠家。再根據散熱片廠家給出的說明書，選擇合適的散熱片。給出的說明書，選擇合適的散熱片。M若已知若已知Rq qjc和和Rq qcs，根據下兩式，根據下兩式 LossajjaPTTR/ )(max.max.q下 頁上 頁返 回 對于結溫是對于結溫是125的晶體管的晶體管TO-3來說，假設來說，假設它的散熱功率是它的散熱功率是26W，晶體管廠家給出的熱阻

28、值，晶體管廠家給出的熱阻值Rq qjc是是0.9/W，并且使用了帶散熱油脂的，并且使用了帶散熱油脂的75m厚厚的云母隔離層，隔離層的總熱阻是的云母隔離層，隔離層的總熱阻是0.4/W，環境，環境溫度最高假設為溫度最高假設為55，求散熱片和周圍環境之間，求散熱片和周圍環境之間的熱阻需要多大。的熱阻需要多大。解解)(391)4090(26551251-saCW.R例例可選用熱阻為可選用熱阻為1.3/W的散熱片，這種散熱片能讓的散熱片，這種散熱片能讓結溫保持在結溫保持在122.6，比，比125低一點。低一點。下 頁上 頁返 回9.4.1 根據熱量輻射定義的熱阻根據熱量輻射定義的熱阻 波爾茨曼定律熱量輻

29、射轉移功率表達式為：波爾茨曼定律熱量輻射轉移功率表達式為： -844radsa5.7 10 E A ()PTTPrad：輻射功率，單位瓦特；：輻射功率，單位瓦特；E： 物體表面輻射系數；物體表面輻射系數；Ts： 物體表面溫度；物體表面溫度；Ta ：周圍環境溫度，單位均為開；：周圍環境溫度，單位均為開；A： 散熱片表面積（包括翼片的面積），單位散熱片表面積（包括翼片的面積），單位m2 。下 頁上 頁返 回黑色氧化鋁散熱片，式黑色氧化鋁散熱片，式可寫成：可寫成： -844radsa5.7 10 E A ()PTTsa44rad5.1A()() 100100TTPcondcondPTRD根據根據上式

30、和上式和可以得出：可以得出：D44.)100()100(1 . 5asradTTATRq下 頁上 頁返 回如果如果Ts=120=393K，Ta=20=73K那么那么Rq q,rad可以通過下式求出：可以通過下式求出： ARrad12. 0,q 對于邊長為對于邊長為10厘米的正方體黑色氧化鋁，假設厘米的正方體黑色氧化鋁，假設Ts=120，Ta=20時，求時，求Rq q,rad。解解)(21 . 0612. 012,CWRradq例例下 頁上 頁返 回9.4.2 熱的對流及其熱阻熱的對流及其熱阻如果有一個垂直的表面，它的垂直高度如果有一個垂直的表面，它的垂直高度dvert低于低于1米米（海拔高度）

31、，那么它和周圍空氣熱量對流的功率（海拔高度），那么它和周圍空氣熱量對流的功率表達式如下：表達式如下： 1.25conv0.25vert()1.34A()TPdDPconv: :熱量對流損失的功率，單位瓦特；熱量對流損失的功率，單位瓦特；T : :物體表面和周圍空氣的溫差，單位攝氏度或物體表面和周圍空氣的溫差，單位攝氏度或K；A: :垂直表面積（或物體總表面積），單位平方米；垂直表面積（或物體總表面積），單位平方米；dvert: :物體垂直高度，單位米。物體垂直高度，單位米。 下 頁上 頁返 回condcondPTRD.q結合結合1.25conv0.25vert()1.34A()TPdD和和可得

32、到按對流定義的熱阻表達式：可得到按對流定義的熱阻表達式： 假如假如dvert=10cm， T=100， 則：則：25. 0.)(34. 11TdARvertconvDqC/W)(13. 0o.ARconvq下 頁上 頁返 回 有一個很薄的長條狀物體，它的表面溫度是有一個很薄的長條狀物體，它的表面溫度是120，而周圍空氣溫度是，而周圍空氣溫度是20，該物體由，該物體由10cm高，高，8cm寬，求它的對流熱阻寬，求它的對流熱阻Rq q,conv。解解假如例假如例4中的立方體的對流熱阻與例中的立方體的對流熱阻與例5中的長條狀物中的長條狀物體一樣體一樣, ,那么由輻射熱阻和對流熱阻可以得到總的那么由輻

33、射熱阻和對流熱阻可以得到總的熱阻為：熱阻為： )( 1.C/WRRRRRconvradconvradsaqqqqq)/(2 . 2)1001 . 0(08. 01 . 0234. 1125. 0.WCRoconvq例例下 頁上 頁返 回9.4.3 散熱片和周圍環境之間的熱量計算散熱片和周圍環境之間的熱量計算 假設假設Ts=120，Ta=20。現根據上面討論過的原理現根據上面討論過的原理來計算散熱片和周圍環境之間的熱阻來計算散熱片和周圍環境之間的熱阻Rqsa。A1A20.063m0.092m0.009m0.075m0.063m0.115m0.075m下 頁上 頁返 回為了估算總熱阻的輻射成分為了

34、估算總熱阻的輻射成分, ,采用公式采用公式Rq q.rad=0.12/A計算計算Arad , ,)(0267. 0)075. 0)(063. 0)(2()075. 0)(115. 0)(2(2mArad)/(5 . 40267. 012. 0.WCRradq由此可得：由此可得：散熱片的翼片之間的距離約散熱片的翼片之間的距離約9mm, ,可修改式可修改式 25. 0.)(34. 11TdARvertconvDq可得：可得：25. 0.rad)(34. 11TdFARvertredDq下 頁上 頁返 回Fred1.000.60.50.20.40.10.30.90.80.724 6 8 10 12

35、14 16 18 20散熱片翼片之間的距離散熱片翼片之間的距離mmFFred是散熱片翼片之是散熱片翼片之間的冷卻系數，可從間的冷卻系數，可從圖中查到它的值，散圖中查到它的值，散熱片對流面積可以近熱片對流面積可以近似的求得：似的求得：)(089. 0)063. 0)(075. 0)(16()092. 0)(075. 0)(2(162212mAAA下 頁上 頁返 回Fred1.000.60.50.20.40.10.30.90.80.724 6 8 10 12 14 16 18 20散熱片翼片之間的距離散熱片翼片之間的距離mmF當翼片之間的距離為當翼片之間的距離為9mm時，由圖可得到時，由圖可得到Fred0.78，然后再應，然后再應用下式用下式可得可得: :25. 0.rad)(34. 11TdFARvertredDq)/(8 . 1)100075. 0(78. 0089. 034. 1125. 0.radWCRoq下 頁上 頁返 回考慮輻射熱阻和對流熱阻的綜合作用，采用下式計算考慮輻射熱阻和對流熱阻的綜合作用，采用下式計算圖中所示散熱片和周圍環境之間的總熱阻：圖中所示散熱片和周圍環境之間的總熱阻： )( 1.C/WRRRRRconvradconvradsaqqqqq散熱片和周圍環境之間的總熱阻為：散熱