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散熱器選擇的計算方法
參數定義:
Rt─── 總內阻,℃/W;
Rtj─── 半導體器件內熱阻,℃/W;
Rtc─── 半導體器件與散熱器界面間的界面熱阻,℃/W;
Rtf─── 散熱器熱阻,℃/W;
Tj─── 半導體器件結溫,℃;
Tc─── 半導體器件殼溫,℃;
Tf─── 散熱器溫度,℃;
Ta─── 環(huán)境溫度,℃;
Pc─── 半導體器件使用功率,W;
ΔTfa ─── 散熱器溫升,℃;
散熱計算公式:
Rtf =(Tj-Ta)/Pc - Rtj -Rtc
散熱器熱阻Rff 是選擇散熱器的主要依據。Tj 和Rtj 是半導體器件提供的參數,Pc 是設
計要求的參數,Rtc 可從熱設計專業(yè)書籍中查表。
(1) 計算總熱阻Rt:
Rt= (Tjmax-Ta)/Pc
(2) 計算散熱器熱阻Rtf 或溫升ΔTfa:
Rtf = Rt-Rtj-Rtc
ΔTfa=Rtf×Pc
(3)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Rtf 或ΔTfa 和Pc 選擇散熱器,
查所選散熱器的散熱曲線(Rtf 曲線或ΔTfa 線),曲線上查出的值小于計算值時,就找到
了合適的散熱器。
對于型材散熱器,當無法找到熱阻曲線或溫升曲線時,可以按以下方法確定:
按上述公式求出散熱器溫升ΔTfa,然后計算散熱器的綜合換熱系數α:
α=7.2ψ1ψ2ψ3{√√ [(Tf-Ta)/20]}
式中:ψ1─── 描寫散熱器L/b 對α的影響,(L 為散熱器的長度,b 為兩肋片的間距);
ψ2─── 描寫散熱器h/b 對α的影響,(h 為散熱器肋片的高度);
ψ3─── 描寫散熱器寬度尺寸W 增加時對α的影響;
√√ [(Tf-Ta)/20]───描寫散熱器表面最高溫度對周圍環(huán)境的溫升對α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q0
q0 =α×ΔTfa×(2h+b)×L
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′=nq0
雙面肋片:Pc′=2nq0
若Pc′ >Pc 時則能滿足要求。
關于散熱器的價格
散熱器的最后成交價格與所選散熱器的規(guī)格型號、數量、交貨方式、付款方式有關,有一
點需要用戶特別注意鋁散熱器通常采用純鋁或6063 合金來制造,這兩種材質都有很好的導
熱性與之相比雜鋁的導熱性則差數倍;(其導熱系數請見【相關數據】)由于散熱器成本一
半以上是材料費,雜鋁的價格是低廉的;因此對特別便宜的散熱器,購買時要考慮因材質造
成的散熱性能的損失。
關于散熱器的訂購
選擇好散熱器的型號后,根據散熱計算結果確定截斷長度,及表面處理方式;需要訂購請?zhí)?br>供如下內容:
(1)散熱器型號及長度例如:50DQ140-200(型號50DQ140;長度200mm)
(2)表面處理方式(銀白色黑色其他顏色)
(3)散熱器上需要機加工的部位、加工數量及技術要求
(4)要求的交貨日期、交貨地點
關于散熱器的選擇
首先確定要散熱的電子元器件,明確其工作參數,工作條件,尺寸大小,安裝方式,選擇
散熱器的底板大小比元器件安裝面略大一些即可,因為安裝空間的限制,散熱器主要依靠與
空氣對流來散熱,超出與元器件接觸面的散熱器,其散熱效果隨與元器件距離的增加而遞減。
對于單肋散熱器,如果所需散熱器的寬度在表中空缺,可選擇兩倍或三倍寬度的散熱器截斷
即可。
問:為什么散熱器通常用鋁來制作?
答:從材料的導熱性能來看,銀最好、銅、金次之、然后是鋁,但是金、銀的價格相對昂貴,
不適宜大量使用;銅的導熱性比鋁好,但是銅比鋁重約兩倍而且加工成形性差,只能制作成
簡單的形狀;鋁的導熱性良好、重量輕、比銅便宜而且耐腐蝕、利用加工設備可以制成各種
復雜的形狀,能滿足電子電力行業(yè)對散熱器的諸多要求,因此被認為是制作散熱器的最佳材
料;而6063 鋁合金具有良好的導熱性,成形性,強化處理后強度適中適合各種機加工,是制造
型材散熱器的首選材料。
問:為什么鋁散熱器價格比普通鋁型材貴?
答:由于制作散熱器的鋁材有特殊的要求,包括化學成分、復雜的形狀、底板的光潔度、表
面處理等;用6063 牌號制成的鋁材其導熱系數是雜鋁的數倍,制作散熱器成品,通常要對
鋁材進行機加工和單件的表面處理,這會降低材料的利用率,因此折合到單位重量的價格會
比普通的鋁型材貴。
問:散熱器的表面顏色對散熱性能有什么影響?
答: 通常散熱器的表面顏色制成銀白色(鋁本色)、黑色、金及其他鮮艷的顏色,由
于黑色的熱輻射能力最強,在自然對流的條件下,黑色的散熱器比銀白色的散熱能力提高
15%左右,而金及其他鮮艷的顏色,則不會增加散熱能力或增加極小,但對表面能起到
保護作用。在強制冷卻(如風冷)條件下,散熱器表面顏色對散熱性能沒有影響。
問:鋁材散熱器的散熱面積是怎么計算的?
答:鋁材散熱器的散熱面積等于(周長×截斷長度),其中:周長是廠家圖紙?zhí)峁┑?,截?br>長度由用戶確定;簡單地可以用(2×翅片高度×翅片數量+底板寬度)×截斷長度來估算;
如果翅片上帶小齒,其散熱面積比不帶小齒(光齒)的翅片增加15%左右。