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1、结构设计规范规范编码：版本：V2.0密级：秘密艾默生网络能源研发部执笔人：李泉明页码：第 49 页 共 49 页电子设备的强迫风冷热设计规范2004/05/01 发布 2004/05/01 实施 艾默生网络能源有限公司修订信息表版本修订人修订时间修订内容新拟制李泉明1999年01月01日V2.0李泉明2004年05月01日更改模板，增加部分新内容，重新在结构室规范下归档目录目录3前言51目的62 适用范围63 关键术语64引用/参考标准或资料85 规范内容85.1 遵循的原则85.2 产品热设计要求95.2.1产品的热设计指标95.2.2 元器件的热设计指标95.3 系统的热设计95.3.1
2、常见系统的风道结构95.3.2 系统通风面积的计算165.3.3 系统前门及防尘网对系统散热的影响175.4 模块级的热设计175.4.1 模块损耗的计算方法175.4.2 机箱的热设计175.4.2.1 机箱的选材175.4.2.2 模块的通风面积175.4.2.3 机箱的表面处理185.5 单板级的热设计185.5.1 选择功率器件时的热设计原则185.5.2 元器件布局的热设计原则185.5.3 元器件的安装195.5.4 导热介质的选取原则195.5.5 PCB板的热设计原则205.5.6 安装PCB板的热设计原则225.5.7 元器件结温的计算225.6 散热器的选择与设计255.6
3、.1散热器需采用的强迫冷却方式的判别255.6.2 强迫风冷散热器的设计要点265.6.3 风冷散热器的辐射换热考虑285.6.4 海拔高度对散热器的设计要求285.6.5 散热器散热量计算的经验公式285.6.6强化散热器散热效果的措施295.7风扇的选择与安装的热设计原则295.7.1多个风扇的安装位置295.7.2风扇与最近障碍物间的距离要求295.7.3消除风扇SWIRL影响的措施305.7.4抽风条件下对风扇选型的限制315.7.5降低风扇噪音的原则315.7.6解决海拔高度对风扇性能影响的措施325.7.7确定风扇型号的方法335.7.8吹风与抽风方式的选择原则335.7.9延长风
4、扇寿命与降低风扇噪音的措施345.7.10风扇的串列与并联345.8防尘对产品散热的影响375.8.1抽风方式的防尘措施375.8.2吹风方式下的防尘措施375.8.3防尘网的选择方法376 产品的热测试386.1 进行产品热测试的目的386.2热测试的种类及所用的仪器、设备386.2.1温度测试386.2.2速度测量396.2.3流体压力的测量407 附录427.1 元器件的功耗计算方法427.2 散热器的设计计算方法447.3 冷板散热器的计算方法457.4 强迫风冷产品的热设计检查模板48前言 本规范由艾默生网络能源有限公司研发部发布实施，适用于本公司的产品设计开发及相关活动。本规范替代
5、以前公司的同名规范，老版本的同名规范一律废除。本规范更换了新的模板，并根据公司产品开发需求的变化及已积累的设计经验增加了新的内容。本规范由我司所有的产品开发部门遵照执行。本规范于 2004/05/01 批准发布；本规范拟制部门： 结构设计中心 ；本规范拟制人： 李泉明 ；审核人： 张士杰 ；本规范标准化审查人：数据管理中心；本规范批准人：研发管理办；1目的建立一个电子设备在强迫风冷条件下的热设计规范，以保证设备内部的各个元器件如开关管、整流管、IPM模块、整流桥模块、变压器、滤波电感等的工作温度在规定的范围内，从而保证电子设备在设定的环境条件下稳定、安全、可靠的运行。2 适用范围本热设计规范适
6、用于强迫风冷电子设备设计与开发，主要应用于以下几个方面：l 机壳的选材l 结构设计与布局l 器件的选择l 散热器的设计与选用l 通风口的设计、风路设计l 热路设计l 选择风扇3 关键术语3.1 热环境设备或元器件的表面温度、外形及黑度，周围流体的种类、温度、压力及速度，每一个元器件的传热通路等情况3.2 热特性设备或元器件温升随热环境变化的特性，包括温度、压力和流量分布特征。3.3导热系数( w/m.k)表征材料热传导性能的参数指标，它表明单位时间、单位面积、负的温度梯度下的导热量。3.4 对流换热系数（ w/m2.k）对流换热系数反映了两种介质间对流换热过程的强弱，表明了当流体与壁面间的温差
7、为1时，在单位时间通过单位面积的热量。3.5 热阻(/w)反映介质或介质间传热能力的大小，表明了1W热量所引起的温升大小。 3.6流阻(Pa) 流阻反映了流体流过某一通道时所产生的压力差。3.7 雷诺数（Re）雷诺数的大小反映了流体流动时的惯性力与粘滞力的相对大小，雷诺数是说明流体流态的一个相似准则。3.8 普朗特数(Pr)普朗特数是说明流体物理性质对换热影响的相似准则。3.9 格拉晓夫数(Gr)格拉晓夫数反映了流体所受的浮升力与粘滞力的相对大小，是说明自然对流换热强度的一个相似准则。3.10 定性温度确定对流换热过程中流体物理性质参数的温度。3.11 肋片的效率表示某扩展表面单位面积所能传递
8、的热量与同样条件下光壁所能传递的热量之比。3.12 黑度实际物体的辐射力和同温度下黑体的辐射力之比，它取决于物体种类、表面状况、表面温度及表面颜色。3.13 努谢尔特数Nu(Nusseltl)反映出同一流体在不同情况下的对流换热强弱，是一个说明对流换热强弱的相似准则。3.14 传热单元数NTU为无因次量，其数值反映了在给定条件下所需传热面积的大小，是一个反映冷板散热器综合技术经济性能的指标。3.15 冷板的传热有效度E衡量冷板散热器在传递热量方面接近于理想传热状况的程度，它定义为冷板散热器的实际传热量和理论传热量之比，为无因次量3.16 防尘网的阻力防尘网对气流形成阻力。防尘网积灰，阻力增加，
9、当阻力增大到某一规定值时，过滤器报废。新防尘网的阻力称“初阻力”；对应防尘网报废的阻力值称“终阻力”。设计时，常需要一个有代表性的阻力值，以核算系统的设计风量，这一阻力值称“设计阻力，惯用的方法是取初阻力与终阻力的平均值。3.17 外部环境温度的定义自冷时指距设备各主要表面80mm处的温度平均值；强迫风冷（使用风扇）时指距离空气入口80200mm截面的温度平均值。3.18 机箱表面的温度定义机箱表面温度指在机箱各表面几何中心处的温度。 3.19 设备风道的进、出口风温的定义冷却空气入口、出口温度指在入口或出口处与风速方向垂直的截面内各点温度的平均值。3.20 冷板散热器 指采用真空钎焊、锡焊、
10、铲齿或插片工艺成型的齿间距较密，宽高比较大的散热器。4引用/参考标准或资料下列标准包含的条文，通过在本标准中引用而构成本标准的条文。在标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GBxxxxx-89 电力半导体器件用散热器使用导则GB11456-89 电力半导体器件用型材散热器技术条件GJB/Z27-92 国家军用标准汇编,电子设备可靠性设计手册 GB/T 12992-91 电子设备强迫风冷热特性测试方法GB/T 12993-91 电子设备热性能评定电子设备结构设计标准手册TS-S0E0199001 电子设备的强迫风冷热设计规范分散式散
11、热产品的热设计规范5 规范内容5.1 遵循的原则5.1.1进行产品的热设计应与电气设计、结构设计同时进行，平衡热设计、结构设计、电气设计各种需求。5.1.2 热设计应遵循相应的国际、国内标准、行业标准、公司标准。5.1.3 热设计应满足产品的可靠性要求，以保证设备内的元器件均能在设定的热环境中正常工作，并保证达到设定的MTBF指标。5.1.4 各个元器件的参数选择、安装位置与方式必须符合散热要求。5.1.4.1元器件的发热表面与散热表面之间的接触热阻应尽可能小。5.1.4.2 根据元器件的损耗大小及温升要求确定是否加装散热器。5.1.4.3 在规定的使用期限内，冷却系统(如风扇等)的故障率应比
12、元件的故障率低。5.1.5 模块的控制回路中尽可能加装温度继电器、压力继电器等热保护回路以及风速调节回路，以提高系统的可靠性。5.1.6 在进行热设计时，应考虑相应的设计冗余，以避免在使用过程中因工况发生变化而引起的热耗散及流动阻力的增加。5.1.7 热设计应考虑产品的经济性指标，在保证散热的前提下使其结构简单、可靠且体积最小、成本最低。5.1.8 冷却系统要便于测试与维护。5.1.9 采用强迫风冷的条件：在常压下，强迫风冷的应用范围为0.04-0.31w/cm2，小于0.04w/cm2采用自然冷却，大于0.31 w/cm2须采用水冷或其它表面冷却。5.2 产品热设计要求5.2.1产品的热设计
13、指标5.2.1.1 散热器的表面温度最高处的温升应小于45. 5.2.1.2 模块内部空气的平均温升应小于20。5.2.2 元器件的热设计指标元器件的热设计指标应符合TS-S0A0204001器件应力降额规范，具体指标如下：5.2.2.1 功率器件的工作结温应小于最大结温的(0.5-0.8)倍 对额定结温为175的功率器件, 工作结温小于140. 对额定结温为150的功率器件, 工作结温小于120. 对额定结温为125的功率器件, 工作结温小于100. 5.2.2.2 碳膜电阻120 金属膜电阻100压制线绕电阻 150 涂剥线绕电阻 225 5.2.2.3 变压器、扼流圈表面温度 A级 90 B级 110 F级 150 H级 180 5.2.2.4 电容器的表面温度 纸质电容器 75-85 电解电容器 65-80 薄膜电容器 75-85 云母电容器 75-85 陶瓷电容器 75-855.3 系统的热设计5.3.1 常见系统的风道结构5.3.1.1系统风道设计的一些基本原则：l 尽量采用直通风道，避免气流的转弯。在气流急剧转弯的地方，应采用导风板使气流逐渐转向，使压力损失达到最小。
