熱設(shè)計(jì)熱設(shè)計(jì)1目錄熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)概念傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射散熱方式的選擇123自然對(duì)流散熱和強(qiáng)制對(duì)流散熱4FLOTHERM簡(jiǎn)介5目錄熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)概念傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射散熱方式的選擇123自然2電子設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)1.熱耗上升化2.設(shè)備小巧化3.環(huán)境多樣化電子設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)1.熱耗上升化2.設(shè)備小巧化3.環(huán)境3過熱-電子產(chǎn)品故障的首要原因(Source:USAirForceAvionicsIntegrityProgram)Figure2:MajorCausesofElectronicsFailures圖2：電子產(chǎn)品故障主要原因資料來(lái)源：美國(guó)空軍航空電子整體研究項(xiàng)目55%溫度20%振動(dòng)6%粉塵19%潮濕Figure1:JunctionLifeStatistics(Source:GECResearch)圖1：結(jié)點(diǎn)壽命統(tǒng)計(jì)故障率（10萬(wàn)小時(shí)）資料來(lái)源：GEC研究院發(fā)熱問題被確認(rèn)為電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所面臨的三大問題之一…(強(qiáng)度與振動(dòng)、散熱、電磁兼容)過熱-電子產(chǎn)品故障的首要原因(Source:USAir4熱設(shè)計(jì)的基本要求滿足設(shè)備可靠性的要求滿足設(shè)備預(yù)期工作的熱環(huán)境的要求滿足對(duì)冷卻系統(tǒng)的限制要求熱設(shè)計(jì)工程師——與EE,ME,Layout等項(xiàng)目相關(guān)人員緊密配合，力求提高產(chǎn)品各方面性能并降低成本熱設(shè)計(jì)的基本要求滿足設(shè)備可靠性的要求熱設(shè)計(jì)工程師——與E5熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)概念問題：熱的單位是什么？是℃？

熱是能量的形態(tài)之一。與動(dòng)能、電能及位能等一樣，也存在熱能。熱能的單位用“J”（焦耳）表示。1J能量能在1N力的作用下使物體移動(dòng)1m，使1g的水溫度升高0.24℃。

1J=1N·m熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)概念問題：熱的單位是什么？熱是能量的6熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)概念

設(shè)備會(huì)持續(xù)發(fā)熱。像這樣，熱量連續(xù)不斷流動(dòng)時(shí)，用“每秒的熱能量”來(lái)表示會(huì)更容易理解。單位為“J/s”。J/s也可用“W”（瓦特）表示。熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)概念設(shè)備會(huì)持續(xù)發(fā)熱。像這樣，熱量7熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)概念100J的能量可使100g水的溫度升高約0.24℃。這并不是通過升高水的溫度消耗了100J的能量。而是在水中作為熱能保存了起來(lái)。

能量既不會(huì)憑空消失，也絕不會(huì)憑空產(chǎn)生。這就是最重要“能量守恒定律”。

℃是溫度單位。溫度是指像能量密度一樣的物理量。它只不過是根據(jù)能量的多少表現(xiàn)出來(lái)的一種現(xiàn)象。即使能量相同，如果集中在一個(gè)狹窄的空間內(nèi)，溫度就會(huì)升高，而大范圍分散時(shí)，溫度就會(huì)降低。熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)概念100J的能量可使100g水的8熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)概念電子產(chǎn)品接通電源后一段時(shí)間內(nèi)，多半轉(zhuǎn)換的熱能會(huì)被用于提高裝置自身的溫度，而排出的能量?jī)H為少數(shù)。之后，裝置溫度升高一定程度時(shí)，輸入的能量與排除的能量必定一致。否則溫度便會(huì)無(wú)止境上升。熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)概念電子產(chǎn)品接通電源后一段時(shí)間內(nèi)9熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)概念

很多人會(huì)認(rèn)為，“熱設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)一種可避免發(fā)熱并能使其從世界上消失的機(jī)構(gòu)”。

就像前面指出的那樣，說是“發(fā)熱”，但并非憑空突然產(chǎn)生熱能。說是“冷卻”，但也并不是熱能完全消失。

如下圖所示,熱設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)一種“將○○W的能量完全向外部轉(zhuǎn)移的機(jī)構(gòu)”，其結(jié)果是可達(dá)到“○○℃以下”。大家首先要有一個(gè)正確的認(rèn)識(shí)！。熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)概念很多人會(huì)認(rèn)為，“熱設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)一10熱傳導(dǎo)傅立葉導(dǎo)熱定律：A為垂直于熱流方向的截面積；λ為材料的導(dǎo)熱系數(shù)，單位W/(m·K)，它是表征材料導(dǎo)熱能力優(yōu)劣的物性參數(shù)。導(dǎo)熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度（K,°C）,在1秒內(nèi)，通過1平方米面積傳遞的熱量，單位為瓦/米·度（W/m·K,此處的K可用°C代替）。它是表征材料導(dǎo)熱能力優(yōu)劣的物性參數(shù)。在30°C時(shí)，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為0.027

W/m·°C，因此可以利用空氣夾層來(lái)絕熱，通常把導(dǎo)熱系數(shù)小于0.23W/m·°C的材料稱為絕熱材料。熱流量是指單位時(shí)間內(nèi)通過某一給定面積的熱量，單位為W。熱傳導(dǎo)傅立葉導(dǎo)熱定律：A為垂直于熱流方向的截面積；λ11熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)12熱傳導(dǎo)定義熱流密度：

對(duì)傅立葉定律在一維導(dǎo)熱條件下積分，可得：

由此可得導(dǎo)熱熱阻計(jì)算公式為：熱流密度是指單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的熱流量成為熱流密度。熱量在熱流路徑上遇到的阻力，反映介質(zhì)或介質(zhì)間的傳熱能力的大小，表明了1W熱量所引起的溫升大小，單位為℃/W或K/W。用熱功耗乘以熱阻，即可獲得該傳熱路徑上的溫升?？梢杂靡粋€(gè)簡(jiǎn)單的類比來(lái)解釋熱阻的意義，換熱量相當(dāng)于電流，溫差相當(dāng)于電壓，則熱阻相當(dāng)于電阻。熱傳導(dǎo)定義熱流密度：對(duì)傅立葉定律在一維導(dǎo)熱條件下積分13熱傳導(dǎo)熱阻Rja：芯片的熱源結(jié)（junction）到周圍冷卻空氣（ambient）的總熱

阻，乘以其發(fā)熱量即獲得器件溫升。熱阻Rjc：芯片的熱源結(jié)到封裝外殼間的熱阻，乘以發(fā)熱量即獲得結(jié)與殼的溫差。熱阻Rjb：芯片的結(jié)與PCB板間的熱阻，乘以通過單板導(dǎo)熱的散熱量即獲得結(jié)

與單板間的溫差。熱傳導(dǎo)熱阻Rja：芯片的熱源結(jié)（junction）到周圍冷卻14熱傳導(dǎo)單層平壁導(dǎo)熱多層平壁導(dǎo)熱單層圓筒壁導(dǎo)熱多層圓筒壁導(dǎo)熱熱傳導(dǎo)單層平壁導(dǎo)熱多層平壁導(dǎo)熱單層圓筒壁導(dǎo)熱多層圓筒壁導(dǎo)熱15熱傳導(dǎo)接觸熱阻熱傳導(dǎo)接觸熱阻16導(dǎo)熱介質(zhì)導(dǎo)熱介質(zhì)17導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱脂常由復(fù)合型導(dǎo)熱固體填料、高溫合成油（基礎(chǔ)油如硅油），并加有穩(wěn)定劑和改性添加劑調(diào)配而成的均勻膏狀物質(zhì)，常用的導(dǎo)熱脂為白色，也有灰色或金色的導(dǎo)熱脂等顏色。導(dǎo)熱顆粒通常采用氧化鋅、氧化鋁、氮化硼、氧化銀、銀粉、銅粉等。

1）為最常見的界面導(dǎo)熱材料，常采用印刷或點(diǎn)涂方式進(jìn)行施加。2)用于散熱器和器件之間，散熱器采用機(jī)械固持，最主要的優(yōu)點(diǎn)為維修方便,價(jià)格便宜。

3）因可以很好的潤(rùn)濕散熱器和器件表面，減小接觸熱阻，所以其導(dǎo)熱熱阻很小，適合大功率器件的散熱。

4）使用時(shí)需要印刷或點(diǎn)涂，操作費(fèi)時(shí)，工藝控制要求較高，難度大。特點(diǎn)：導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱脂常由復(fù)合型導(dǎo)熱固體填料、高溫合成油（基礎(chǔ)油如18導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱脂導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱脂19導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱脂導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱脂20導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱脂我公司現(xiàn)有導(dǎo)熱硅脂其他一些常用導(dǎo)熱硅脂供應(yīng)商型號(hào)我司編碼導(dǎo)熱系數(shù)(W/mk)工作溫度（攝氏度）北京美寶T-5010401001710.785-60~200導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱脂我公司現(xiàn)有導(dǎo)熱硅脂其他一些常用導(dǎo)熱硅脂供應(yīng)商21導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱膠特點(diǎn)：導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱膠特點(diǎn)：22導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱膠導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱膠23導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱膠315導(dǎo)熱膠的使用方法：

1、首先用酒精擦拭芯片和散熱器粘接面；晾干（約1min后即可）

2、采用0.12mm的導(dǎo)熱膠印刷工裝，涂膠方式推薦為固化水涂在散熱器上，導(dǎo)熱膠涂在芯片表面。

3、采用干凈的毛刷在散熱器上刷涂固化水，不超過2滴，使粘結(jié)面有潤(rùn)濕的痕跡即可.然后待固化水揮發(fā)15s—1min后（不能超過30min），組裝上散熱器。

4、采用5-10N的壓力，從中間均勻擠壓散熱器，以使膠層均勻分布，實(shí)現(xiàn)良好的粘結(jié)層；

5、固化時(shí)，采用壓塊工裝施加約1psi的壓強(qiáng)，以控制膠層的厚度在0.15mm以下；

6、一般情況下，40min后，315膠的粘接強(qiáng)度可達(dá)到完全固化的80％；24h后，315膠可完全固化。

導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱膠315導(dǎo)熱膠的使用方法：24導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱墊主要應(yīng)用及特點(diǎn)：主要用于當(dāng)半導(dǎo)體器件與散熱表面之間有較大間隙需要填充用于幾個(gè)芯片要同時(shí)要共用散熱器或散熱底盤時(shí)，但間隙不一樣的場(chǎng)合用于加工公差加大的場(chǎng)合，表面粗糙度較大的場(chǎng)合。由于導(dǎo)熱墊的彈性，使導(dǎo)熱墊能減振，防止沖擊，且便于安裝和拆卸。導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱墊主要應(yīng)用及特點(diǎn)：25導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱墊導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱墊26導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱墊對(duì)導(dǎo)熱墊的性能要求和主要檢測(cè)項(xiàng)目：

1）導(dǎo)熱系數(shù)和熱阻：熱性能滿足要求

2）硬度：優(yōu)先選用硬度較低的材料

3）絕緣性能：要求耐壓滿足產(chǎn)品需求（一般3KV）

4）阻燃：要求材料阻燃級(jí)別達(dá)到V1及以上供應(yīng)商型號(hào)我司編碼導(dǎo)熱系數(shù)(W/mk)尺寸奧川科技SPE2-40-BK10401000291.24m厚;30.5mm×30.5mm;黑色奧川科技SPE2-25-BK10401000301.22.5mm厚;23.5mm×17.5mm；黑色奧川科技SPE2-10-BK10401000311.21mm厚;13mm×18mm;黑色潤(rùn)和科技K1000108120103211mm厚；200mm*400mm，硬度邵氏15-50，灰黑色我公司現(xiàn)有的導(dǎo)熱硅膠墊：導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱墊對(duì)導(dǎo)熱墊的性能要求和主要檢測(cè)項(xiàng)目：供應(yīng)商型號(hào)27導(dǎo)熱介質(zhì)-相變導(dǎo)熱膜導(dǎo)熱介質(zhì)-相變導(dǎo)熱膜28導(dǎo)熱介質(zhì)-相變導(dǎo)熱膜導(dǎo)熱介質(zhì)-相變導(dǎo)熱膜29導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱墊導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱墊30導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱雙面膠帶導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱雙面膠帶31導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱雙面膠帶導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱雙面膠帶32對(duì)流換熱牛頓冷卻公式：其中α為對(duì)流換熱系數(shù)，單位W/(m2·K)，表征了換熱表面的平均對(duì)流換熱能力。A為參與熱交換的有效面積，△T為表面溫度與流體溫度之差。由牛頓公式可得對(duì)流換熱熱阻計(jì)算公式為：自然對(duì)流換熱系數(shù)在1~10W/(m2·K)量級(jí)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)一般不會(huì)超過3~5

W/(m2·K)；強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)在10~100W/(m2·K)量級(jí)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)一般不會(huì)超過30W/(m2·K)。對(duì)流換熱牛頓冷卻公式：其中α為對(duì)流換熱系數(shù)，單位W/(m2·33幾個(gè)準(zhǔn)則數(shù)的計(jì)算公式及物理意義：努塞爾數(shù)：雷諾數(shù)：普朗特?cái)?shù)：格拉曉夫數(shù)：L——特征尺寸，m；

u——流體速度，m/s；

cp——比熱容，kJ/(kg·K)；

μ——?jiǎng)恿φ扯?，Pa·s；

λ——導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；

αV——體膨脹系數(shù)，℃－1；

g——重力加速度，m/s2；

ΔT——流體與壁面的溫差。是流體力學(xué)中的一個(gè)無(wú)量綱數(shù)，是表示對(duì)流換熱強(qiáng)烈程度的一個(gè)準(zhǔn)數(shù),又表示流體層流底層的導(dǎo)熱阻力與對(duì)流傳熱阻力的比雷諾數(shù)是流體力學(xué)中表征粘性影響的相似準(zhǔn)則數(shù)。典型雷諾數(shù)：普通航空飛機(jī)：5000000小型無(wú)人機(jī)：400000海鷗：100000滑翔蝴蝶：7000圓形光滑管道：2320大腦中的血液流：100主動(dòng)脈中的血流1000普朗特?cái)?shù)是由流體物性參數(shù)組成的一個(gè)無(wú)因次數(shù)，表明溫度邊界層和流動(dòng)邊界層的關(guān)系，反映流體物理性質(zhì)對(duì)對(duì)流傳熱過程的影響。它反映自然對(duì)流程度的特征數(shù)。當(dāng)格拉曉夫數(shù)相當(dāng)大，約Gr>10E9時(shí)，自然對(duì)流邊界層就會(huì)失去穩(wěn)定而從層流狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鳡顟B(tài)。所以格拉曉夫數(shù)Gr在自然對(duì)流過程中的作用相當(dāng)于雷諾數(shù)Re在受迫對(duì)流過程中的作用，其大小能確定邊界層的流動(dòng)狀態(tài)。幾個(gè)準(zhǔn)則數(shù)的計(jì)算公式及物理意義：努塞爾數(shù)：雷諾數(shù)：普朗特?cái)?shù)34熱輻射任意物體的輻射能力可用下式計(jì)算鏡體是指反射比ρ=1的物體。絕對(duì)透明體是指穿透比Τ=1的物體。絕對(duì)黑體是指吸收比α=1的物體。黑度：在一定溫度下，將灰體的輻射能力與同溫度下黑體的輻射能力之比定義為物體的黑度，或物體的發(fā)射率，用ε表示。

熱輻射任意物體的輻射能力可用下式計(jì)算鏡體是指反射比ρ=1的物35熱輻射物體表面的輻射計(jì)算是及其復(fù)雜的，其中最簡(jiǎn)單的是兩個(gè)面積相同且正對(duì)著的表面間的輻射換熱量計(jì)算公式：熱輻射物體表面的輻射計(jì)算是及其復(fù)雜的，其中最簡(jiǎn)單的是兩個(gè)面積36熱輻射熱輻射37電子設(shè)備冷卻方法的選擇溫升為40℃時(shí)，各種冷卻方法的熱流密度和體積功率密度值電子設(shè)備冷卻方法的選擇溫升為40℃時(shí)，各種冷卻方法的熱流密度38電子設(shè)備冷卻方法的選擇冷卻方法可根據(jù)熱流密度和溫升要求，按照下圖關(guān)系進(jìn)行選擇。這種方法適用于溫升要求不同的各類設(shè)備由此圖可知，當(dāng)元件表面與環(huán)境之間的允許溫差ΔT為60

℃時(shí)，空氣的自然對(duì)流（包括輻射）僅對(duì)熱流密度低于0.05W/cm2

時(shí)有效

。強(qiáng)迫風(fēng)冷可使表面對(duì)流換熱系數(shù)大約提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，如在允許溫差為100

℃時(shí)，風(fēng)冷最大可能提供1W/cm2

的傳熱能力。電子設(shè)備冷卻方法的選擇冷卻方法可根據(jù)熱流密度和溫升要求，按照39電子設(shè)備冷卻方法的選擇電子設(shè)備中常用的冷卻方法能夠達(dá)到的對(duì)流換熱系數(shù)及表面熱流密度值如下表所示：電子設(shè)備冷卻方法的選擇電子設(shè)備中常用的冷卻方法能夠達(dá)到的對(duì)流40電子設(shè)備冷卻方法的選擇設(shè)備內(nèi)部的散熱方法應(yīng)使發(fā)熱元器件與被冷卻表面或散熱器之間有一條低熱阻的傳熱路徑。利用金屬導(dǎo)熱是最基本的傳熱方法，其熱路容易控制。熱輻射換熱則需要比較高的溫差，且傳熱路徑不容易控制。對(duì)流換熱需要較大的面積，在安裝密度較高的設(shè)備內(nèi)部難以滿足要求。大多數(shù)小型電子元器件最好采用自然冷卻方法。自然對(duì)流冷卻表面的熱流密度為0.039W/cm2

。有些高溫元器件的熱流密度可高達(dá)0.078W/cm2

。強(qiáng)迫空氣冷卻是一種較好的冷卻方法。熱管的傳熱性能比相同的金屬導(dǎo)熱要高幾十倍，且兩端的溫差很小。應(yīng)用熱管時(shí)，主要問題是如何減小熱管兩端接觸界面上的熱阻。電子設(shè)備冷卻方法的選擇設(shè)備內(nèi)部的散熱方法應(yīng)使發(fā)熱元器件與被冷41電子設(shè)備冷卻方法的選擇電子設(shè)備冷卻方法的選擇42電子設(shè)備自然冷卻為了說明機(jī)殼結(jié)構(gòu)對(duì)電子設(shè)備溫度的影響，可以通過下圖所示的試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)加以說明。其中熱源為80W，位于試驗(yàn)裝置的中心位置，機(jī)殼用各種不同結(jié)構(gòu)形式的鋁板制成，進(jìn)行任意組合，可滿足不同結(jié)構(gòu)形式的需要，試驗(yàn)裝置404*304*324mm。電子設(shè)備自然冷卻為了說明機(jī)殼結(jié)構(gòu)對(duì)電子設(shè)備溫度的影響，可以通43最全的熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)及flotherm熱仿真ppt課件44電子設(shè)備自然冷卻密封機(jī)箱所有表面所散發(fā)的熱量在工程上可以近似用下面的公式來(lái)估算：

式中：

密封機(jī)箱溫升的推算和散熱限度：電子設(shè)備自然冷卻密封機(jī)箱所有表面所散發(fā)的熱量在工程上可以近似45電子設(shè)備自然冷卻密封機(jī)箱的散熱量取決于其表面積，若要求機(jī)箱的溫度保持在一定范圍內(nèi)，對(duì)給定的機(jī)箱表面積，其所能散熱的熱量是有限度的。機(jī)箱表面積與散熱限度的關(guān)系如下圖：

電子設(shè)備自然冷卻密封機(jī)箱的散熱量取決于其表面積，若要求機(jī)箱的46電子設(shè)備自然冷卻

電子設(shè)備自然冷卻

47電子設(shè)備自然冷卻自然散熱的通風(fēng)機(jī)箱主要經(jīng)由機(jī)箱表面散熱和自然通風(fēng)帶走熱量?jī)煞N方式來(lái)進(jìn)行散熱：

式中：

通風(fēng)機(jī)箱溫升的推算和散熱限度：通風(fēng)機(jī)箱的散熱受到機(jī)箱表面積和通風(fēng)孔面積的限制。500mmX500mmX200mm和300mmX300mmX100m兩種表面積的機(jī)箱的通風(fēng)孔面積與散熱量之間的關(guān)系如下圖所示：電子設(shè)備自然冷卻自然散熱的通風(fēng)機(jī)箱主要經(jīng)由機(jī)箱表面散熱和自然48電子設(shè)備自然冷卻當(dāng)內(nèi)部發(fā)熱量與所要求的溫升值是確定的，則可由上圖估算出這時(shí)所必須的通風(fēng)孔面積。若超出了這一限度，就要采用強(qiáng)迫風(fēng)冷方式。電子設(shè)備自然冷卻當(dāng)內(nèi)部發(fā)熱量與所要求的溫升值是確定的，則可由49電子設(shè)備自然冷卻-散熱器選擇自然冷卻散熱器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)考慮到自然冷卻時(shí)溫度邊界層較厚，如果齒間距太小，兩個(gè)齒的熱邊界層易交叉，影響齒表面的對(duì)流，所以一般情況下，建議自然冷卻的散熱器齒間距大于12mm，如果散熱器齒高低于10mm，可按齒間距≥1.2倍齒高來(lái)確定散熱器的齒間距。自然冷卻散熱器表面的換熱能力較弱，在散熱齒表面增加波紋不會(huì)對(duì)自然對(duì)流效果產(chǎn)生太大的影響，所以建議散熱齒表面不加波紋齒。電子設(shè)備自然冷卻-散熱器選擇自然冷卻散熱器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)考慮到自50電子設(shè)備自然冷卻-散熱器選擇自然冷卻散熱器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)由于自然對(duì)流達(dá)到熱平衡的時(shí)間較長(zhǎng)，所以自然對(duì)流散熱器的基板及齒厚應(yīng)足夠，以抗擊瞬時(shí)熱負(fù)荷的沖擊，建議大于3mm以上。散熱器基板厚度對(duì)散熱器的熱容量及散熱器熱阻有影響，太薄熱容量太小，太厚熱阻反而增加，上圖表示出了基板厚度的最

佳范圍。對(duì)分散式散熱來(lái)將，基板厚度一般為3-6mm為最佳。一定的冷卻體積及流向長(zhǎng)度下，按下表確定散熱器齒片最佳間距的大小冷卻條件流向長(zhǎng)度(mm)75150225300自然冷卻6.57.51013電子設(shè)備自然冷卻-散熱器選擇自然冷卻散熱器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)由于自然51電子設(shè)備自然冷卻機(jī)箱輻射換熱的考慮對(duì)于自然冷卻的機(jī)箱，大部分需承擔(dān)散熱器的功能，其表面溫升一般較高，約25-40℃，其表面的輻射換熱量在整個(gè)機(jī)箱的散熱量中占有較大的比重，有些甚至成為主要的散熱途徑，所以，在進(jìn)行機(jī)箱的散熱計(jì)算時(shí)，不能忽略輻射換熱，可按下式進(jìn)行計(jì)算：Q輻射＝4σSε(Ts4-Ta4)S－機(jī)箱的有效面積，m2

σ－斯－波爾茲曼常數(shù)，為5.67×10-8W/m2.Kε-輻射系數(shù)Ts-機(jī)箱的表面溫度，KTa－環(huán)境溫度，K必須牢記，電子設(shè)備由于溫度不是太高，輻射波長(zhǎng)相當(dāng)長(zhǎng)，處于不可見的紅外區(qū)。而在紅外區(qū)，一個(gè)良好的發(fā)射體也是一個(gè)良好的吸收體，所以在考慮機(jī)箱的輻射換熱時(shí)，必須同時(shí)考慮機(jī)箱表面輻射吸收的熱量及機(jī)箱表面輻射散出的熱量。電子設(shè)備自然冷卻機(jī)箱輻射換熱的考慮對(duì)于自然冷卻的機(jī)箱，大部分52電子設(shè)備自然冷卻系統(tǒng)風(fēng)道設(shè)計(jì)的一些基本原則：進(jìn)、出風(fēng)口盡量遠(yuǎn)離，以強(qiáng)化煙囪效果。出風(fēng)口盡可能設(shè)計(jì)在系統(tǒng)的頂部。在機(jī)柜的面板、側(cè)板、后板沒有特別要求一般不要開通風(fēng)孔，以利于形成有效的煙囪。系統(tǒng)后部應(yīng)留一定空間以利于氣流順暢流出。為了避免下部熱源對(duì)于上層熱源的影響，可采用隔板形成獨(dú)立風(fēng)道。為了避免熱空氣流入配電單元而影響其可靠性，可把氣流風(fēng)道隔離，形成完整、獨(dú)立的風(fēng)道。機(jī)箱的選材如果需利用模塊的機(jī)箱作為散熱器，則模塊機(jī)箱必須選用鋁合金材料，且模塊內(nèi)壁不得進(jìn)行拉絲處理，材料的厚度不得低于1.5mm。如果不利用機(jī)箱進(jìn)行散熱，則模塊機(jī)箱選材不受限制。電子設(shè)備自然冷卻系統(tǒng)風(fēng)道設(shè)計(jì)的一些基本原則：機(jī)箱的選材53電子設(shè)備自然冷卻電子設(shè)備自然冷卻54電子設(shè)備自然冷卻

系統(tǒng)為自然對(duì)流獨(dú)立散熱風(fēng)道，機(jī)柜出風(fēng)口在后門的頂部或頂部。模塊或插框?yàn)榍昂笸L(fēng)冷卻。機(jī)柜后面的風(fēng)道要求有足夠的寬度，通常推薦大于200mm以上。配電單元如果位于系統(tǒng)頂部，需與風(fēng)道隔離，以避免熱空氣對(duì)配電元器件的影響。除進(jìn)、出風(fēng)口外，其它部位須完全密封。系統(tǒng)為自然對(duì)流獨(dú)立散熱風(fēng)道，機(jī)柜出風(fēng)口在后門的頂部或頂部。模塊或插框強(qiáng)迫風(fēng)冷且必須為上下風(fēng)道。機(jī)柜后面的風(fēng)道要求有足夠的寬度，通常推薦大于200mm以上。配電單元如果位于系統(tǒng)頂部，需與風(fēng)道隔離，以避免熱空氣對(duì)配電元器件的影響。除進(jìn)、出風(fēng)口外，其它部位須完全密封。

電子設(shè)備自然冷卻系統(tǒng)為自然對(duì)流獨(dú)立散熱風(fēng)道，機(jī)柜出風(fēng)口在后門55電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻整機(jī)通風(fēng)冷卻設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)在于合理控制氣流與分配氣流，使其按照預(yù)定的路徑通行，并將氣流合理地分配給各單元和組件，使所有元器件均在稍低于額定的溫度下工作。

元器件排列時(shí)，應(yīng)將不發(fā)熱或發(fā)熱量小的元器件排列在冷空氣的上游（靠近進(jìn)風(fēng)口處），耐熱性差的元器件排列在最上游，其余元器件可按照耐溫的高低逐一排列。在不影響電性能的前提下，將發(fā)熱量大的元器件集中在一起，并與其他元器件采用熱絕緣的辦法，進(jìn)行單獨(dú)的集中通風(fēng)冷卻。這樣可使系統(tǒng)所需風(fēng)量、風(fēng)壓顯著下降，以減少通風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率。為了降低空氣的輸送阻力，各元器件在單元內(nèi)排列時(shí)，應(yīng)力求對(duì)空氣的阻力最小，盡量避免在風(fēng)道上安裝大型元器件以免造成阻塞。整機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)、出風(fēng)口應(yīng)盡量遠(yuǎn)離，以避免氣流短路。為提高主要元器件的換熱效率，可將元器件裝入與其外形相似的風(fēng)道內(nèi)，進(jìn)行單獨(dú)的集中通風(fēng)冷卻。電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻整機(jī)通風(fēng)冷卻設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)在于合理控制氣流與56電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻最簡(jiǎn)單的抽風(fēng)風(fēng)道，由機(jī)柜底部進(jìn)風(fēng)。流場(chǎng)分布均勻，各區(qū)域換熱強(qiáng)度相差不大。但如果風(fēng)道中有較大的縫隙，，則會(huì)形成氣流部分短路，下面區(qū)域的通風(fēng)量將大大降低。下面區(qū)域的熱量依然被帶入上面的區(qū)域。機(jī)柜內(nèi)為負(fù)壓，灰塵將通過縫隙進(jìn)入機(jī)柜。風(fēng)扇框串聯(lián)風(fēng)道，適用于機(jī)柜風(fēng)阻較大的情況?？拷L(fēng)扇出風(fēng)口的部分換熱最強(qiáng)烈，但要注意風(fēng)扇的HUB附近將形成回流死區(qū)。中間插框由于上下風(fēng)扇串聯(lián)，氣流不能充分?jǐn)U散，靠近拉手條和母板的部分風(fēng)速會(huì)比較低，宜將發(fā)熱元器件與熱敏元器件布于單板的中間。如果單板較深，根據(jù)需要在深度方向上可采用兩排風(fēng)扇。風(fēng)扇也可分別置于機(jī)柜的頂部和底部，但噪音將比置于插框間大。電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻最簡(jiǎn)單的抽風(fēng)風(fēng)道，由機(jī)柜底部進(jìn)風(fēng)。流場(chǎng)分57電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻插框獨(dú)立抽風(fēng)散熱風(fēng)道，適用于各框散熱量都比較大的情況，各插框散熱互不干擾。機(jī)柜由開孔前門進(jìn)風(fēng)，頂插框可以上出風(fēng)，下面的插框后出風(fēng)。采用軸流風(fēng)扇時(shí)，出風(fēng)直接受阻擋，風(fēng)阻較大。如果機(jī)柜不宜做得較深，必須在后門開孔，并且機(jī)柜離墻有足夠的距離；如果機(jī)柜可以做得較深，可以在后門與母板間流出足夠?qū)挾鹊目臻g作為風(fēng)道，將風(fēng)從機(jī)柜頂部排出，由于風(fēng)道多次垂直轉(zhuǎn)彎，將形成較大的風(fēng)阻，宜在后風(fēng)道安裝導(dǎo)風(fēng)裝置或采用離心風(fēng)扇。注意，由于進(jìn)風(fēng)為水平方向，單板的右上區(qū)（拉手條端）將形成回流區(qū)，此處不宜布置熱流量較高的元件和熱敏元件。此為寬帶傳輸?shù)臋C(jī)柜風(fēng)道，插框獨(dú)立散熱。兩個(gè)子框采用鼓風(fēng)方式，最下面的插框自然散熱。風(fēng)扇斜放的角度盡量大于45°，避免風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)不利和產(chǎn)生較大的噪音。風(fēng)扇前面的斜板為防塵板，在這里安置防塵板，可以增加防塵面積，減小阻力，均化流場(chǎng)。如圖可見，采用鼓風(fēng)方式的獨(dú)立風(fēng)道將大大增加機(jī)柜高度。電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻插框獨(dú)立抽風(fēng)散熱風(fēng)道，適用于各框散熱量都58電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻這是典型的機(jī)箱通風(fēng)風(fēng)道設(shè)計(jì)，采用離心風(fēng)扇抽風(fēng)，向后排出，進(jìn)風(fēng)口在機(jī)箱前下方。威圖和國(guó)外一些產(chǎn)品都采用這種風(fēng)道。我們目前掌握的離心風(fēng)扇資料中沒有合適的型號(hào)可用于這種設(shè)計(jì)，主要因?yàn)殡x心風(fēng)機(jī)的風(fēng)量過小，尺寸大，噪音也大。如果沒有合適的離心風(fēng)扇型號(hào)可選，可用軸流風(fēng)扇豎放代替，但風(fēng)扇模塊將占用較大高度空間。如果機(jī)箱高度有限制，可將風(fēng)扇平放，但風(fēng)扇出風(fēng)口上方還是得留有一定出風(fēng)空間，至少40mm，如風(fēng)道4中的風(fēng)扇框一樣，這種方式風(fēng)阻較大，對(duì)風(fēng)量有一定影響，需要采用較大尺寸風(fēng)扇。電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻這是典型的機(jī)箱通風(fēng)風(fēng)道設(shè)計(jì)，采用離心風(fēng)扇59電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻MotorolaCPX8216機(jī)箱風(fēng)道。采用可變速軸流風(fēng)扇鼓風(fēng)，風(fēng)扇豎放，風(fēng)扇的出風(fēng)口處裝有導(dǎo)風(fēng)葉片，將氣流按系統(tǒng)熱量分布分為三個(gè)部分，一部分冷卻電源模塊，一部分冷卻后插單板部分和前插單板的后半部分，一部分冷卻前插單板靠近拉手條的發(fā)熱元器件。這種設(shè)計(jì)使結(jié)構(gòu)緊湊，風(fēng)量合理分配。電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻MotorolaCPX8216機(jī)箱風(fēng)道60電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-機(jī)箱的熱設(shè)計(jì)1，風(fēng)扇側(cè)的通風(fēng)面積

無(wú)論是抽風(fēng)還是吹風(fēng)方式，安裝風(fēng)扇側(cè)的通風(fēng)面積即為風(fēng)扇的流通面積，按下式計(jì)算：

S＝K×0.785(Dout2-DHUB2)S-風(fēng)扇側(cè)機(jī)箱的通風(fēng)面積，m2k-冗余系數(shù)，取1.1-1.2Dout

－風(fēng)扇框的內(nèi)直徑，mDHUB

－風(fēng)扇中心HUB的直徑，m模塊的通風(fēng)面積2，非風(fēng)扇側(cè)的通風(fēng)面積如果抽風(fēng)風(fēng)扇，非風(fēng)扇側(cè)的通風(fēng)面積大于等于風(fēng)扇側(cè)的通風(fēng)面積。如果吹風(fēng)風(fēng)扇，考慮到空氣受熱體積膨脹的因素，非風(fēng)扇側(cè)的通風(fēng)面積=(1.5-2.0)×風(fēng)扇側(cè)的通風(fēng)面積。電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-機(jī)箱的熱設(shè)計(jì)1，風(fēng)扇側(cè)的通風(fēng)面積61電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-散熱器機(jī)箱的表面處理從熱設(shè)計(jì)角度，無(wú)論機(jī)箱還是散熱器，不推薦表面進(jìn)行任何處理，額外的表面處理對(duì)散熱貢獻(xiàn)較小，卻增加了產(chǎn)品成本。強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)在散熱器表面加波紋齒，波紋齒的深度一般應(yīng)小于0.5mm,增加散熱器的齒片數(shù)。目前國(guó)際上先進(jìn)的擠壓設(shè)備及工藝已能夠達(dá)到23的高寬比，國(guó)內(nèi)目前高寬比最大只能達(dá)到8。對(duì)能夠提供足夠的集中風(fēng)冷的場(chǎng)合，可采用真空釬焊、錫焊、鏟齒或插片成型的冷板，其齒間距最小可到2mm。采用針狀齒的設(shè)計(jì)方式，增加流體的擾動(dòng)，提高散熱齒間的對(duì)流換熱系數(shù)。電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-散熱器機(jī)箱的表面處理強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱器的62電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-散熱器散熱器基板厚度與熱阻的關(guān)系曲線不同通風(fēng)條件下散熱器的最佳齒間距散熱器基板厚度對(duì)散熱器的熱容量及散熱器熱阻有影響，太薄熱容量太小，太厚熱阻反而增加，左圖表示出了基板厚度的最佳范圍。對(duì)分散式散熱來(lái)講，基板厚度一般為3-6mm為最佳。散熱器齒間距的確定：散熱器齒間距的大小與風(fēng)速有較大的關(guān)系，不同通風(fēng)條件，其最佳的齒間距是不一樣的，右圖表示出了常見通風(fēng)風(fēng)速下最佳的齒間距。電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-散熱器散熱器基板厚度與熱阻的關(guān)系曲線不63電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-散熱器

散熱器齒片厚度的確定：不同的齒片厚度，其對(duì)應(yīng)的齒間距是不一樣的，如下圖所示。不同齒厚對(duì)應(yīng)的最佳齒間電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-散熱器

散熱器齒片厚度的確定：不同的齒64電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-散熱器

一定的冷卻體積及流向長(zhǎng)度下，按下表確定散熱器齒片最佳間距的大小冷卻條件流向長(zhǎng)度(mm)75150225300自然冷卻6.57.510131.0m/s(200)4.05.06.07.02.5m/s(500)2.53.34.05.05.0m/s(1000)2.02.53.03.5散熱器的表面處理安裝元器件的散熱器表面的光潔度Ra≤1.6μm，平面度小于0.1mm。安裝元器件的散熱器表面不能進(jìn)行拉絲處理。散熱器表面原則上不需要任何表面處理，因?yàn)檫M(jìn)行表面處理對(duì)熱性能的改善貢獻(xiàn)較小，而成本增加確實(shí)顯著的。電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-散熱器

一定的冷卻體積及流向長(zhǎng)度下，按65電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的選擇

多個(gè)風(fēng)扇的安裝位置由于風(fēng)扇出口風(fēng)速的方向與風(fēng)扇進(jìn)口風(fēng)速方向一般成約45°角，即呈現(xiàn)倒園錐的流場(chǎng)分布，所以在吹風(fēng)應(yīng)用的場(chǎng)合，要求兩個(gè)風(fēng)扇之間最好加一個(gè)隔板或保持一個(gè)風(fēng)扇厚度的間距，以避免兩股流相交而產(chǎn)生的噪音和死區(qū)。電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的選擇

多個(gè)風(fēng)扇的安裝位置66電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的選擇

風(fēng)扇與最近障礙物間的距離要求為了避免風(fēng)扇太靠近被冷卻物體而產(chǎn)生噪音，建議在吹風(fēng)應(yīng)用場(chǎng)合，風(fēng)扇與單板風(fēng)道入口至少應(yīng)保持一個(gè)40mm的距離，以大于風(fēng)扇直徑為最佳。下圖顯示了在吹風(fēng)時(shí)與抽風(fēng)時(shí)，風(fēng)扇與障礙物之間的距離對(duì)風(fēng)扇靜壓曲線的影響，從圖中可以看出，在吹風(fēng)時(shí)，只有在風(fēng)扇與障礙物之間的距離大于75mm時(shí)其影響才較小，而在抽風(fēng)時(shí)，在風(fēng)扇與障礙物之間的距離大于50mm時(shí)其影響也較小。吹風(fēng)時(shí)風(fēng)扇與障礙物之間的距離對(duì)風(fēng)扇靜壓曲線的影響抽風(fēng)時(shí)風(fēng)扇與障礙物之間的距離對(duì)風(fēng)扇靜壓曲線的影響電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的選擇

風(fēng)扇與最近障礙物間的距離要67電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的選擇

消除風(fēng)扇SWIRL影響的措施由于風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)慣量SWIRL的影響，加之實(shí)際產(chǎn)品不可能有足夠的空間允許流場(chǎng)能夠充分發(fā)展，所以風(fēng)扇后的流場(chǎng)在到達(dá)障礙物時(shí)存在明顯的死區(qū)，如圖14所示。如果不考慮這一點(diǎn)，把功率較大的元器件布置在此處，該元器件極可能應(yīng)過熱而損壞。為了消除SWIRL的影響，可選擇以下措施：電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的選擇

消除風(fēng)扇SWIRL影響的措68電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的選擇

在風(fēng)扇出口與障礙物之間加整流柵，整流柵厚度大于2mm，強(qiáng)迫流場(chǎng)在經(jīng)過整流柵后變得非常均勻，如下圖所示。如果不能加整流柵，必須保證風(fēng)扇出口到障礙物間的間距大于于一個(gè)風(fēng)扇的直徑，以使流場(chǎng)能夠充分發(fā)展而變得較均勻。如果以上兩條測(cè)試都無(wú)法實(shí)現(xiàn)，可通過仿真分析得出流場(chǎng)的分布圖，再在PCB布局時(shí)避免把損耗較大的元器件布置在死區(qū)。電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的選擇

在風(fēng)扇出口與障礙物之間加整69電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的選擇

抽風(fēng)條件下對(duì)風(fēng)扇選型的限制選擇風(fēng)扇一般以風(fēng)扇進(jìn)出口風(fēng)溫的大小作為限制條件，對(duì)吹風(fēng)條件下，進(jìn)出口風(fēng)溫一般沒有限制。而對(duì)于抽風(fēng)的情況，由于風(fēng)扇抽出的是熱風(fēng)，對(duì)風(fēng)扇的壽命將產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。對(duì)風(fēng)扇廠家，一般均以60℃作為標(biāo)定風(fēng)扇壽命MTBF的條件，如果風(fēng)扇應(yīng)用的環(huán)境溫度高于60℃，則溫度每升高5℃，風(fēng)扇壽命下降一半。所以抽風(fēng)條件下，風(fēng)扇選擇應(yīng)遵循以下原則：如果進(jìn)入風(fēng)扇的風(fēng)溫高于60℃時(shí)，應(yīng)考慮選用高溫風(fēng)扇以保證風(fēng)扇的使用壽命。如果進(jìn)入風(fēng)扇的風(fēng)溫低于60℃時(shí)，一般以(60-環(huán)境溫度)℃作為限制條件來(lái)選擇風(fēng)扇。例如：如選用的風(fēng)扇廠家所采用的風(fēng)扇壽命MTBF標(biāo)定溫度為60℃，設(shè)備使用的環(huán)境溫度為45℃，則應(yīng)以(60-45)=15℃作為選擇風(fēng)扇風(fēng)量的限制條件。電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的選擇

抽風(fēng)條件下對(duì)風(fēng)扇選型的限制70電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的選擇

降低風(fēng)扇噪音的原則風(fēng)扇產(chǎn)生的噪音與風(fēng)扇的工作點(diǎn)或風(fēng)量有直接關(guān)系，對(duì)于軸流風(fēng)扇在大風(fēng)量，低風(fēng)壓的區(qū)域噪音最小，對(duì)于離心風(fēng)機(jī)在高風(fēng)壓，低風(fēng)量的區(qū)域噪音最小，如圖所示，這和風(fēng)扇的最佳工作區(qū)是吻合的。注意不要讓風(fēng)扇工作在高噪音區(qū)，考慮合適的熱設(shè)計(jì)冗余，保持最佳的熱性能與噪音之比值。一般來(lái)講，稍微降低產(chǎn)品的溫度要求將導(dǎo)致產(chǎn)品噪音明顯降低；此外，由于在選擇風(fēng)扇時(shí)總是以產(chǎn)品工作的最嚴(yán)酷的狀態(tài)來(lái)選定風(fēng)扇的型號(hào)，而實(shí)際上產(chǎn)品總是工作在正常的額定功率或半載狀態(tài)下，所以風(fēng)扇的冗余就顯得過大，噪音也就降不下來(lái)，如果考慮合適的冗余或通過控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速就可大大降低產(chǎn)品的噪音水平。盡可能降低系統(tǒng)的流動(dòng)阻力，低的流動(dòng)阻力意味可以選用低轉(zhuǎn)速的風(fēng)扇，其噪音水平也會(huì)相應(yīng)降低。風(fēng)扇靜壓曲線與噪音變化曲線的對(duì)比圖電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的選擇

降低風(fēng)扇噪音的原則風(fēng)扇靜壓71電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的選擇

合理調(diào)整系統(tǒng)阻力與風(fēng)扇的匹配，使風(fēng)扇的工作點(diǎn)處于最佳的工作區(qū)域，而在最佳工作區(qū)域內(nèi)風(fēng)扇具有較低的噪音水平。相同的風(fēng)速，推薦選用大一號(hào)的風(fēng)扇更有利于降低系統(tǒng)的噪音。避免把障礙物放在靠近風(fēng)扇的氣流速度較高的區(qū)域。在風(fēng)扇與結(jié)構(gòu)件間加橡膠墊，以消除風(fēng)扇振動(dòng)而產(chǎn)生的噪音。把風(fēng)扇安裝在機(jī)箱內(nèi)側(cè)比安裝在外側(cè)噪音小。把障礙物放在風(fēng)扇的進(jìn)風(fēng)側(cè)附近比放在風(fēng)扇的出風(fēng)側(cè)產(chǎn)生的噪音大。風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)口受阻擋所產(chǎn)生的噪音比其出風(fēng)口受阻擋產(chǎn)生的噪音大好幾倍，所以一般應(yīng)保證風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)口離阻擋物至少30mm的距離，以免產(chǎn)生額外的噪音。

對(duì)于不得不采用大風(fēng)量，高風(fēng)壓風(fēng)扇從而產(chǎn)生較大噪音的情況，可以在機(jī)柜的進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口、前后門內(nèi)側(cè)、風(fēng)扇框面板、側(cè)板等處在不影響進(jìn)風(fēng)的條件下貼吸音材料，吸音效果較好的材料主要是多孔介質(zhì)，如玻璃棉，厚度越厚越好。有時(shí)由于沒有合適的風(fēng)機(jī)而選擇了轉(zhuǎn)速較高的風(fēng)機(jī)，在保證設(shè)計(jì)風(fēng)量的條件下，可以通過調(diào)整風(fēng)機(jī)的電壓或其他方式降低風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，從而降低風(fēng)扇的噪音。電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的選擇

合理調(diào)整系統(tǒng)阻力與風(fēng)扇的匹72電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的選擇

確定風(fēng)扇型號(hào)的方法先計(jì)算實(shí)際所須風(fēng)量：

q`=Q/(0.335△T)q`---實(shí)際所需的風(fēng)量，m3/hQ----散熱量，W

△T--空氣的溫升，℃，一般為10－15℃確定風(fēng)扇的型號(hào)按經(jīng)驗(yàn)公式：按照1.5-2倍的裕量選擇風(fēng)扇的最大風(fēng)量：q=(1.5-2)q`按最大風(fēng)量選擇風(fēng)扇型號(hào)。按確定工作點(diǎn)的方法把風(fēng)道曲線與風(fēng)扇的靜壓曲線繪在一張圖上，其交點(diǎn)就是風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)。工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的風(fēng)量若大于冷卻風(fēng)量，風(fēng)扇即滿足要求，否則重新選擇風(fēng)扇，重復(fù)上面的工作，直到滿足要求為止。電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的選擇

確定風(fēng)扇型號(hào)的方法73電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的選擇

吹風(fēng)與抽風(fēng)方式的選擇原則優(yōu)先采用吹風(fēng)方式，吹風(fēng)有如下優(yōu)點(diǎn)：風(fēng)量相對(duì)較集中，可以以較大的風(fēng)速針對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行集中冷卻。能夠有效防止風(fēng)扇馬達(dá)過熱，提高風(fēng)扇的使用壽命?？梢砸暂^大的壓力迫使灰塵不能夠在機(jī)箱內(nèi)聚積，而通過出風(fēng)口或縫隙流出，原則上可省掉防塵網(wǎng)。只有在以下情況下才選擇抽風(fēng)：希望流場(chǎng)規(guī)則或呈現(xiàn)層流。進(jìn)風(fēng)口無(wú)法安裝風(fēng)扇。不希望風(fēng)扇馬達(dá)加熱空氣而對(duì)后面的元器件產(chǎn)生影響。電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的選擇

吹風(fēng)與抽風(fēng)方式的選擇原則74電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的串并聯(lián)

風(fēng)扇的種類常用風(fēng)扇有軸流（Axial）、離心（Radial）、混流（Mixed-flow）三種，如右圖。

圖中橫坐標(biāo)表示風(fēng)量，縱坐標(biāo)表示風(fēng)扇產(chǎn)生的靜壓。由圖中可以看出，要使風(fēng)扇的風(fēng)量越大，其產(chǎn)生的靜壓就越小，用于克服風(fēng)道阻力的能力就越小。從圖中的對(duì)比可以看出，軸流風(fēng)扇風(fēng)量大、風(fēng)壓低，曲線中間的平坦轉(zhuǎn)折區(qū)為軸流風(fēng)扇特有的不穩(wěn)定工作區(qū)，一般要避免風(fēng)扇工作在該區(qū)域。最佳工作區(qū)在低風(fēng)壓、大流量的位置（曲線的后1/3段）。如果系統(tǒng)的阻力比較大，也可以利用高風(fēng)壓、低流量的工作區(qū)（曲線的前1/3段），但要注意風(fēng)量是否達(dá)到設(shè)計(jì)值。離心風(fēng)扇的進(jìn)、出風(fēng)方向垂直，其特點(diǎn)為風(fēng)壓大、風(fēng)量低，最好工作在曲線中壓力較高的區(qū)域?；炝黠L(fēng)扇的特點(diǎn)介于軸流和離心之間，出風(fēng)方向與進(jìn)風(fēng)有一傾斜角度，則風(fēng)量可以立即擴(kuò)散到插框的各個(gè)角落，而且風(fēng)壓與風(fēng)量都比較大，但風(fēng)扇HUB直徑較大，正對(duì)HUB的部分風(fēng)速很低，回流比較嚴(yán)重。電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的串并聯(lián)

風(fēng)扇的種類圖75電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的串并聯(lián)

空氣流過風(fēng)道將產(chǎn)生壓力損失。系統(tǒng)的壓力損失有沿程阻力損失和局部阻力損失。沿程損失是由氣流相互運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的阻力及氣流與壁面或單板的摩擦所引起的。局部阻力損失是氣流方向發(fā)生變化或風(fēng)道截面發(fā)生突變所引起的損失。不管哪種損失，均和當(dāng)?shù)仫L(fēng)速的平方成正比圖中表明風(fēng)扇在該系統(tǒng)中工作時(shí)的風(fēng)量為35m3/s，產(chǎn)生的靜壓為30Pa，系統(tǒng)的壓力損失為30Pa。如果工作點(diǎn)顯示的風(fēng)量不滿足設(shè)計(jì)要求，則需要選擇其他型號(hào)的風(fēng)扇來(lái)匹配，或設(shè)法降低系統(tǒng)阻力，增加風(fēng)量。電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的串并聯(lián)

空氣流過風(fēng)道將產(chǎn)生壓力損76電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的串并聯(lián)

風(fēng)扇的串并聯(lián)

在機(jī)柜/箱中一般為保證送風(fēng)均勻和足夠的風(fēng)量，采用風(fēng)扇并聯(lián)使用的方式。風(fēng)扇并聯(lián)時(shí)的特性曲線理論上為各風(fēng)扇曲線的橫向疊加，如左下圖所示，實(shí)際上一般會(huì)比理想曲線略低。由圖中可以看出，兩個(gè)風(fēng)扇并聯(lián)使用產(chǎn)生的風(fēng)量并不是僅采用一個(gè)風(fēng)扇時(shí)產(chǎn)生風(fēng)量的兩倍，可能只增加30%，這和系統(tǒng)阻力特性曲線在工作點(diǎn)附近的斜率大小有關(guān)。如果系統(tǒng)阻力較大，阻力特性曲線較陡，當(dāng)風(fēng)扇并聯(lián)的數(shù)目多到一定程度時(shí)，并不能明顯增加風(fēng)量。一般建議橫向上并聯(lián)風(fēng)扇數(shù)目不要超過3個(gè)，如果插框較寬，可以用4個(gè)，縱向上除非插框很深，一般只用一排。當(dāng)機(jī)柜/箱的阻力較大時(shí)，可以采用風(fēng)扇串聯(lián)使用的方式。風(fēng)扇串聯(lián)時(shí)的特性曲線理論上為各風(fēng)扇曲線的縱向疊加，如右所示，實(shí)際曲線一般會(huì)比理論曲線略低。電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的串并聯(lián)

風(fēng)扇的串并聯(lián)77電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的串并聯(lián)

在實(shí)際安裝情況下風(fēng)扇特性曲線的改變風(fēng)扇安裝在系統(tǒng)中，由于結(jié)構(gòu)限制，進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口常常會(huì)受到各種阻擋，其性能曲線會(huì)發(fā)生變化，如右圖所示。由圖中可以看出，風(fēng)扇的進(jìn)出風(fēng)口最好與阻擋物有40mm的距離，如果有空間限制，也應(yīng)至少有20mm。電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機(jī)的串并聯(lián)

在實(shí)際安裝情況下風(fēng)扇特性78電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-防塵對(duì)散熱影響

由于吹風(fēng)與抽風(fēng)方式對(duì)灰塵的吸附強(qiáng)弱是不一樣的，因而對(duì)是否安裝防塵網(wǎng)的需求也不一樣。一般來(lái)講，安裝防塵網(wǎng)后，元器件的溫升將升高10－15℃，在決定安裝防塵網(wǎng)的產(chǎn)品，必須考慮10－15℃的熱設(shè)計(jì)冗余。抽風(fēng)方式的防塵措施

對(duì)抽風(fēng)來(lái)講，由于外部壓力大于模塊內(nèi)部的壓力，灰塵非常容易進(jìn)入模塊并附著在模塊內(nèi)部的PCB表面及功率管表面，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的散熱性能及電氣性能，所以，抽風(fēng)條件下，必須安裝防塵網(wǎng)。吹風(fēng)方式下的防塵措施

對(duì)吹風(fēng)來(lái)講，由于外部壓力小于模塊內(nèi)部的壓力，灰塵即使進(jìn)入模塊內(nèi)部，也不容易附著在模塊內(nèi)部的PCB表面及功率管表面上，在壓差的作用下，進(jìn)入模塊內(nèi)部的會(huì)通過出風(fēng)口或機(jī)箱的縫隙飛出，所以，在吹風(fēng)條件下，實(shí)際上不需要安裝防塵網(wǎng)。當(dāng)然，為了照顧特殊應(yīng)用的場(chǎng)合如室外或比較臟的地方，也可以把防塵網(wǎng)作為選件提供給用戶，但選用使用防塵網(wǎng)時(shí)，產(chǎn)品必須降額使用。如果不加防塵網(wǎng)，散熱器的體積可以減小20％，散熱成本至少可以減少30％，而噪音水平也就更加容易達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)了。電子設(shè)備強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻-防塵對(duì)散熱影響

由于吹風(fēng)與抽風(fēng)方式對(duì)灰79FLOTHERM簡(jiǎn)介-了解散熱性能的方法

了解散熱性能的數(shù)值方法:CFD(ComputationalFluidDynamics)實(shí)驗(yàn)研究?jī)?yōu)點(diǎn)：直觀，可靠缺點(diǎn)：昂貴，周期長(zhǎng)數(shù)值仿真(CFD)優(yōu)點(diǎn)：周期短，成本低，限制：數(shù)學(xué)模型的適用程度FLOTHERM簡(jiǎn)介-了解散熱性能的方法

了解散熱性能的數(shù)值80FLOTHERM簡(jiǎn)介-仿真的基本思想

CFD的基本思想是把原來(lái)在時(shí)間域和空間域上連續(xù)的物理量的場(chǎng)，用一系列有限個(gè)離散點(diǎn)上的變量值的集合來(lái)代替，通過一定的原則和方式建立起關(guān)于這些離散點(diǎn)上場(chǎng)變量之間關(guān)系的代數(shù)方程組，然后求解代數(shù)方程組獲得場(chǎng)變量的近似值。1D012f1f22D(1,1)(0,1)(1,0)(2,1)(1,2)f1f2f3f43DFLOTHERM簡(jiǎn)介-仿真的基本思想

CFD的基本思想是把原81FLOTHERM簡(jiǎn)介-傳熱的三種基本形式

導(dǎo)熱Fourier定律：對(duì)流Newton冷卻定律：輻射Stefan-Bolzman定律：FLOTHERM簡(jiǎn)介-傳熱的三種基本形式

導(dǎo)熱82FLOTHERM簡(jiǎn)介-控制方程

能量守恒方程動(dòng)量守恒方程質(zhì)量守恒方程T1

m1T2

m2

HotcomponentQ12

p1

V1

p2V2

速度大，則壓力小，速度小，則壓力大12V1

A1V2

A2A1V1=A2V2

FLOTHERM簡(jiǎn)介-控制方程

能量守恒方程T1T2Ho83FLOTHERM簡(jiǎn)介-主要模塊

FloTHERM軟件FloTHERM核心熱分析模塊簡(jiǎn)單的建模方式：節(jié)省建模時(shí)間笛卡爾網(wǎng)格：加快計(jì)算速度集成的經(jīng)驗(yàn)公式：加速計(jì)算并保證準(zhǔn)確度VisualEditor結(jié)果動(dòng)態(tài)后處理模塊簡(jiǎn)單的操作：節(jié)省后處理時(shí)間豐富的結(jié)果表現(xiàn)形式：方便項(xiàng)目人員的協(xié)作溝通CommandCenter優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊先進(jìn)的優(yōu)化算法：保證優(yōu)化結(jié)果的可靠性目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)：減少工程師的工作量FloMCAD.BridgeCAD軟件接口模塊支持多種模型格式：適用范圍廣泛方便的操作：縮短建模時(shí)間FloEDAEDA軟件高級(jí)接口支持多種EDA格式：方便電子工程師與熱工程師協(xié)同工作包含走線、器件參數(shù)、過孔等詳細(xì)信息的模型讀入：保證模型準(zhǔn)確性準(zhǔn)確的模型簡(jiǎn)化方法：保證結(jié)果準(zhǔn)確度的同時(shí)減少計(jì)算時(shí)間FloTHERM.Pack標(biāo)準(zhǔn)IC封裝模型庫(kù)豐富的IC模型：方便下載以減少建模時(shí)間歐盟資助的生成模型算法：保證模型準(zhǔn)確度FLOTHERM簡(jiǎn)介-主要模塊

FloTHERM軟件Flo84FLOTHERM簡(jiǎn)介-使用流程

Pre-ProcessingModelingMeshingBoundaryconditionsInitialconditionsSourcesMaterialpropertiesPhysicalmodelsSolverMonitoringFLOTHERM簡(jiǎn)介-使用流程

Pre-Processing85FLOTHERM簡(jiǎn)介-使用流程

Post-ProcessingTemperatureProfileSpeedVectorCommandcenter優(yōu)化DifferentCasesSolveProgressFLOTHERM簡(jiǎn)介-使用流程

Post-Processin86FLOTHERM簡(jiǎn)介-用戶界面介紹

ProjectManager

項(xiàng)目管理器提供樹狀結(jié)構(gòu)的幾何體和模型數(shù)據(jù)管理DrawingBoard

（模型）繪圖板提供創(chuàng)立和修改幾何模型的簡(jiǎn)易界面，面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，專業(yè)針對(duì)電子熱分析的參數(shù)化模型，完全三維CAD風(fēng)格FLOTHERM簡(jiǎn)介-用戶界面介紹

ProjectMana87FLOTHERM簡(jiǎn)介-用戶界面介紹

Table

數(shù)據(jù)表窗口提供輸入輸出參數(shù)的數(shù)據(jù)表輸出Visualeditor圖形輸出窗口提供結(jié)果的圖形動(dòng)態(tài)輸出FLOTHERM簡(jiǎn)介-用戶界面介紹

Table數(shù)據(jù)表窗口V88FLOTHERM簡(jiǎn)介-文件結(jié)構(gòu)

庫(kù)文件區(qū)項(xiàng)目文件索引文件FLOTHERM簡(jiǎn)介-文件結(jié)構(gòu)

庫(kù)文件區(qū)項(xiàng)目文件索引文件89FLOTHERM簡(jiǎn)介-文件結(jié)構(gòu)

首先FLOTHERM軟件借助四個(gè)目錄管理文件管理每個(gè)項(xiàng)目文件千萬(wàn)別去嘗試去修改項(xiàng)目文件中名中的數(shù)字串項(xiàng)目文件夾FLOTHERM簡(jiǎn)介-文件結(jié)構(gòu)

首先FLOTHERM軟件90FLOTHERM簡(jiǎn)介-定義一個(gè)新項(xiàng)目

定義項(xiàng)目名稱定義散熱環(huán)境以及散熱方式定義求解域FLOTHERM簡(jiǎn)介-定義一個(gè)新項(xiàng)目

定義項(xiàng)目名稱91FLOTHERM簡(jiǎn)介-太陽(yáng)輻射的定義

設(shè)置：設(shè)備的緯度工作日期工作時(shí)辰云遮當(dāng)比設(shè)置：被照射表面的反射率FLOTHERM簡(jiǎn)介-太陽(yáng)輻射的定義

設(shè)置：設(shè)置：92FLOTHERM簡(jiǎn)介-機(jī)箱的建模

薄壁設(shè)置不考慮平面方向的熱傳導(dǎo)薄還是厚？各面單獨(dú)定義：厚還是??？開口不開口？薄壁設(shè)置厚壁設(shè)置厚壁設(shè)置FLOTHERM簡(jiǎn)介-機(jī)箱的建模

薄壁設(shè)置薄還是厚？各面單獨(dú)93FLOTHERM簡(jiǎn)介-濾網(wǎng)、通風(fēng)孔、打孔板的建模

尺寸孔的形狀與大小孔的間距直接定義開孔率FLOTHERM簡(jiǎn)介-濾網(wǎng)、通風(fēng)孔、打孔板的建模

尺寸孔的形94FLOTHERM簡(jiǎn)介-風(fēng)扇的建模

定義風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)模擬風(fēng)扇失效風(fēng)扇功耗GvDpGvmaxDp0風(fēng)扇的工作點(diǎn)系統(tǒng)阻抗FLOTHERM簡(jiǎn)介-風(fēng)扇的建模

定義風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)模擬風(fēng)扇失效風(fēng)95FLOTHERM簡(jiǎn)介-芯片的建模

搭建幾何結(jié)構(gòu)（復(fù)雜程度隨考慮細(xì)致程度變化） (簡(jiǎn)單) (復(fù)雜)雙熱阻模型（較簡(jiǎn)化）熱阻網(wǎng)絡(luò)模型（較復(fù)雜）TopinnerTopouterPhysicalLeadsLeadsJunctionBotinnerBotouterStand