散熱器的設(shè)計(jì)與安裝
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一、散熱器的設(shè)計(jì)
本文引用地址：http://www.antipu.com.cn/article/78138.htm最簡(jiǎn)便實(shí)用的散熱裝置就是散熱器。一個(gè)有許多葉片的散熱器或一個(gè)面積較大的散熱板都會(huì)大大增加散熱面積，給熱的傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射都會(huì)帶來很大的方便。就理論而言，一個(gè)面積無限大的散熱器可使熱阻為零。但實(shí)際上是無法做到這一點(diǎn)的，這是因?yàn)樯崞魇褂弥姓加械目臻g有限，這就要求合理地選擇散熱器和計(jì)算其面積。
根據(jù)條件，可以將溫度一熱流方程寫成如下形式：
PD(max)=(Tj(max)-TA(max))／θ
??? 式中：PD(max)——半導(dǎo)體三極管最大耗散功率；
?? ???????Tj(max)——半導(dǎo)體三極管所允許承受的最高溫度；
?? ???????TA(max)——要求電路工作時(shí)所處的最高環(huán)境溫度；
? ????????θ——熱流所經(jīng)過的總熱阻。
從第一節(jié)中我們知道：
θ=θjc+θcs+θsa
??? 式中：θjc——半導(dǎo)體器件PN結(jié)到器件外殼的熱阻(℃／W)；
?? ???????θcs——外殼到散熱器的熱阻(℃／W)；
?? ???????θsa——由散熱器表面到周圍空氣中的熱阻(℃／W)。
熱交換系數(shù)hc是一個(gè)很復(fù)雜的函數(shù)，很難取一個(gè)通用的系數(shù)。因此，為方便散熱器的選用，常常由提供的各種實(shí)用曲線來求得θsa。
從θsa公式中可以看到，增大散熱器面積可以減小θsa,同樣增大熱交換系數(shù)hc也可以減小θsa。在一般散熱裝置中，廣為采用的是自然對(duì)流方式，此時(shí)只能采取增加散熱器面積的方法來減小θsa。若由于受到空間限制而無法增加散熱器面積，θsa的減小往往采用強(qiáng)制對(duì)流的方式來實(shí)現(xiàn)。
下面以7800系列三端集成穩(wěn)壓器來說明散熱器的設(shè)計(jì)方法。
已知數(shù)據(jù)為：PD=8w；Tj(max)=125℃；設(shè)TA(max)=60％，手冊(cè)查得θjc=
將數(shù)據(jù)代入前面的方程，得：
??? θ=(Tj-TA)／PD
??? =(125-60)／8=8．
??? 由于θ=θjc+θcs+θsa，所以
θcs+θsa=θ-θjc=8．13-5=3．
計(jì)算的結(jié)果表明，剩下的任務(wù)就是選擇適當(dāng)?shù)纳崞骱痛_定散熱器與7800三端集成穩(wěn)壓器的安裝方式，以保證θcs加θsa不大于3．
在管殼和散熱器的安裝中，為防止短路，一般在散熱器和管殼之間加有絕緣墊。必須注意的是，絕緣墊應(yīng)選用同時(shí)具有高電阻和低熱阻雙重特性的材料，如云母片就屬此類材料。為了使接觸面接觸緊密以降低cs,往往在接觸面上涂有硅脂。表30-2列出了一些情況下的θcs值?？梢姡崞髋c管殼的連接方式是安裝和維修電子設(shè)備時(shí)應(yīng)特別注意的。
在本例中，采用不加絕緣墊并加硅脂的接觸方式，θ應(yīng)為0．
二、常用鋁散熱板及散熱型材的特性
??? 1．散熱板θsa—A關(guān)系曲線
圖30-4～圖30-6給出了不同材質(zhì)及不同安裝散熱板方式的θsa—A關(guān)系曲線。只要經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算得知熱阻θsa,便可從曲線中求出散熱板的厚度及散熱面積。
2．鋁散熱型材θsa—V關(guān)系曲線
圖30-7給出的熱阻θsa和包絡(luò)體積V的關(guān)系曲線適用于常用梳狀截面鋁散熱器。只要經(jīng)計(jì)算得知熱阻θsa,便可從曲線中得出散熱器的包絡(luò)體積V，從而可以根據(jù)V參數(shù)去選擇散熱器的截面積和長(zhǎng)度。
由于鋁散熱型材品種繁多，各葉片的距離也有很大的差異，因此按圖30-7給出的曲線選擇散熱器時(shí)應(yīng)留有一定的余量為好。
對(duì)于梳狀截面積散熱器，通常還可以用下式來估算散熱型材的包絡(luò)體積：
?
三、散熱器的使用與安裝
??? ①為保證功率元件與散熱器有良好的接觸，應(yīng)盡量避免使用絕緣墊，且應(yīng)保證功率元件與散熱器接觸面的平整與光滑。由于功率元件的外殼與散熱器很難做到緊密結(jié)合，總會(huì)留有看不見的空氣隙，所以在接觸面之間應(yīng)涂硅脂，以改善接觸效果，有利于散熱。
②當(dāng)功率元件的外殼與散熱器之間需要絕緣時(shí)，應(yīng)加裝絕緣墊，但絕緣墊的厚度必須在0．08～0．
③功率元件應(yīng)用彈簧墊圈及螺釘緊固于散熱器的中央。
④為了增加散熱器的熱輻射能力，一般都進(jìn)行著色處理，安裝中不可將這種高輻射的涂層損壞。
⑤散熱器最好垂直安裝，不要過于貼近其他部件以利空氣對(duì)流，尤其不要接近發(fā)熱及怕熱的元器件。
⑥散熱器應(yīng)盡量裝在機(jī)殼外。當(dāng)散熱器裝在機(jī)內(nèi)時(shí)，要在散熱器附近的機(jī)殼上開足夠的通風(fēng)孔，必要時(shí)應(yīng)加風(fēng)機(jī)強(qiáng)制對(duì)流冷卻。
⑦選用板材散熱時(shí)，不宜選用過薄的板材，其厚度應(yīng)在2～
⑧若功率元件的耗散功率大于50W，應(yīng)選用微型風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流冷卻，此時(shí)可視情況適當(dāng)縮小散熱器面積2～4倍。
評(píng)論