散热器的选型与计算

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1、散热器的选型与计算以7805为例说明问题.设 I=350mA, Vin=12V,则耗散功率 Pd=(12V5V)*0。35A=2。45W 按照TO220封装的热阻9 JA=54/W,温升是1321,设室温25C, 那么将会达到7805的热保护点150C, 7805会断开输出。正确的设计方法是：首先确定最髙的环境温度，比如60C，查出7805的最髙结温 TJMAX=125C ,那么允许的温升是 65C.要求的热阻是 65C/2。 45W=26C/W.再查 7805 的热阻，TO220 封装的热阻 9 JA=54C/W, 均髙于要求值,都不能使用,所以都必须加散热片,资料里讲到加散 热片的时候，应

2、该加上4C/W的壳到散热片的热阻。计算散热片应该具有的热阻也很简单,与电阻的并联一样,即54/x=26,x=50C/W。其实这个值非常大，只要是个散热片即可满足.散热器的计算：总热阻 RQj-a二(Tjmax-Ta) /PdTjmax :芯组最大结温150CTa :环境温度85CPd ：芯组最大功耗Pd=输入功率一输出功率= 24X0.75+ (-24)X(0。25)-9。8X0.25X2=5。5C/W总热阻由两部分构成，其一是管芯到环境的热阻RQj-a,其中包括结 壳热阻RQjC和管壳到环境的热阻RQCa.其二是散热器热阻 RQd-a，两者并联构成总热阻。管芯到环境的热阻经查手册知RQj C

3、=1.0RQCa=36那么散热器热阻RQda应6.4。散热器热阻RQd a=(10/kd)1/2+650/AC 其中k：导热率 铝为2。08d：散热器厚度cmA：散热器面积cm2C：修正因子 取1按现有散热器考虑，d=1。0A=17.6X7+17。6X1X13算得散热器热阻RQda=41C/W,散热器选择及散热计算 目前的电子产品主要采用贴片式封装器件，但大功率器件及一些功率 模块仍然有不少用穿孔式封装，这主要是可方便地安装在散热器上， 便于散热.进行大功率器件及功率模块的散热计算，其目的是在确定 的散热条件下选择合适的散热器,以保证器件或模块安全、可靠地工 作。散热计算任何器件在工作时都有一

4、定的损耗，大部分的损耗变成热量。小 功率器件损耗小，无需散热装置。而大功率器件损耗大,若不采取散 热措施，则管芯的温度可达到或超过允许的结温，器件将受到损坏。 因此必须加散热装置，最常用的就是将功率器件安装在散热器上,利 用散热器将热量散到周围空间，必要时再加上散热风扇，以一定的风 速加强冷却散热。在某些大型设备的功率器件上还采用流动冷水冷却 板，它有更好的散热效果。散热计算就是在一定的工作条件下，通过 计算来确定合适的散热措施及散热器.功率器件安装在散热器上。它 的主要热流方向是由管芯传到器件的底部，经散热器将热量散到周围 空间.若没有风扇以一定风速冷却,这称为自然冷却或自然对流散热。热量在

5、传递过程有一定热阻。由器件管芯传到器件底部的热阻为RJC，器件底部与散热器之间的热阻为RCS，散热器将热量散到周围 空间的热阻为RSA，总的热阻RJA二RJC+RCS+RSA。若器件的最大功 率损耗为PD，并已知器件允许的结温为TJ、环境温度为TA，可以按 下式求出允许的总热阻 RJA。RJAW(TJTA) /PD则计算最大允许的散热器到环境温度的热阻RSA为RSAW(T_J -T_ A overP_D)(RJC+RCS)出于为设计留有余地的考虑，一般设TJ为1251。环境温度也要考 虑较坏的情况，一般设TA=40OC60OCRJC的大小与管芯的尺寸封装结 构有关，一般可以从器件的数据资料中找

6、到.RCS的大小与安装技术及 器件的封装有关。如果器件采用导热油脂或导热垫后，再与散热器安 装，其RCS典型值为0。10。2C/W；若器件底面不绝缘，需要另外加 云母片绝缘，则其RCS可达11/W.PD为实际的最大损耗功率，可根 据不同器件的工作条件计算而得。这样,RSA可以计算出来，根据计 算的RSA值可选合适的散热器了。散热器简介小型散热器（或称散热片）由铝合金板料经冲压工艺及表面处理 制成,而大型散热器由铝合金挤压形成型材，再经机械加工及表面处 理制成。它们有各种形状及尺寸供不同器件安装及不同功耗的器件选 用。散热器一般是标准件,也可提供型材，由用户根据要求切割成一 定长度而制成非标准的

7、散热器.散热器的表面处理有电泳涂漆或黑色 氧极化处理，其目的是提高散热效率及绝缘性能。在自然冷却下可提 高 1015%，在通风冷却下可提高 3,电泳涂漆可耐压 500800V。散热器厂家对不同型号的散热器给出热阻值或给出有关曲线，并 且给出在不同散热条件下的不同热阻值.计算实例一功率运算放大器PA02（APEX公司产品）作低频功放，其电路如 图1所示。器件为8引脚T03金属外壳封装.器件工作条件如下： 工作电压VS为18V；负载阻抗RL为4,工作频率直流条件下可到5kHz, 环境温度设为401，采用自然冷却。查PA02器件资料可知：静态电流IQ典型值为27mA，最大值为 40mA；器件的RJC

8、 （从管芯到外壳）典型值为2.41/W，最大值为2。 6C/W.器件的功耗为 PD：PD=PDQ+PDOUT式中PDQ为器件内部电路的功耗，PDOUT为输出功率的功耗。PDQ=IQ （VS+ 丨-VS|）, PDOUT 2_S /4RL，代入上式PD=IQ（VS+ |VS|） +厂2 _S/4RL=37mA（36V） +18V2/44=21。 6W式中静态电流取37mA。散热器热阻 RSA 计算:RSAW （ T_J-T_A overP_D ） （R_JC+R_CS）为留有余量,TJ设125C, TA设为40C ,RJC取最大值（RJC二”2”。 6C/W）, RCS取0。2C/W, （PA0

9、2直接安装在散热器上，中间有导 热油脂）。将上述数据代入公式得RSAW125C-40Cover21。6W （2。6C/W+0。2C/W）W1。 135C/WHSO4在自然对流时热阻为0。95C/W，可满足散热要求.注意事项1. 在计算中不能取器件数据资料中的最大功耗值，而要根据实 际条件来计算；数据资料中的最大结温一般为150C，在设计中留有 余地取125C，环境温度也不能取25C（要考虑夏天及机箱的实际温 度）。2. 散热器的安装要考虑利于散热的方向,并且要在机箱或机壳上 相应的位置开散热孔（使冷空气从底部进入，热空气从顶部散出）。3. 若器件的外壳为一电极，则安装面不绝缘 （与内部电路不绝

10、 缘）。安装时必须采用云母垫片来绝缘，以防止短路。4。器件的引脚要穿过散热器，在散热器上要钻孔为防止引脚与 孔壁相碰，应套上聚四氟乙稀套管.5。另外，不同型号的散热器在不同散热条件下有不同热阻，可 供设计时参改，即在实际应用中可参照这些散热器的热阻来计算,并 可采用相似的结构形状（截面积、周长）的型材组成的散热器来代用。6。在上述计算中，有些参数是设定的，与实际值可能有出入， 代用的型号尺寸也不完全相同，所以在批量生产时应作模拟试验来证 实散热器选择是否合适，必要时做一些修正（如型材的长度尺寸或改 变型材的型号等）后才能作批量生产。散热器选型，散热面积理论计算及风扇选择。（201011-23

11、23：51： 57）转载& 标签：杂谈散热器选择的计算方法一，各热参数定义：Rja总热阻，C/W；Rjc器件的内热阻，C/W；Res器件与散热器界面间的界面热阻，C/W；Rsa散热器热阻,c/w；Tj-发热源器件内结温度,c；Tc-发热源器件表面壳温度，c；Ts-散热器温度，c；Ta-环境温度，c；Pc器件使用功率,w；ATsa-散热器温升， c；二，散热器选择:Rsa =(TjTa)Pc - Rjc -Rcs式中：Rsa (散热器热阻)是选择散热器的主要依据。Tj和Rjc是发热源器件提供的参数，Pc 是设计要求的参数，Rcs可从热设计专业书籍中查表，或采用Res二截面接触材料厚度/(接 触面

12、积X接触材料导热系数)。(1) 计算总热阻 Rja： Rja= (TjmaxTa) / Pc(2) 计算散热器热阻Rsa或温升ATsa： Rsa = RjaRtjRteATsa=RsaXPc(3)确定散热器按照散热器的工作条件(自然冷却或强迫风冷)，根据Rsa 或ATsa和Pc选择散热器，查所选散热器的散热曲线（Rsa曲线或 ATsa线），曲线上查出的值小于计算值时，就找到了合适的热阻散 热器及其对应的风速，根据风速流经散热器截面核算流量及根据散热 器流阻曲线上风速对应的阻力压降，选择满足流量和压力工作点的风 扇。散热器热阻曲线三，散热器尺寸设计：对于散热器，当无法找到热阻曲线或温升曲线时,可

13、以按以下方法确定:按上述公式求出散热器温升ATsa,然后计算散热器的综合 换热系数a :0=7。23 13233丿丿(TfTa)/20式中:描写散热器L/b对a的影响，(L为散热器的长度，b为 两肋片的间距);32描写散热器h/b对a的影响，(h为散热器肋片的髙度)；3 3 描写散热器宽度尺寸W增加时对a的影响；VV (Tf-Ta)/20描写散热器表面最髙温度对周围环境的温升对a的影响；以上参数可以查表得到.计算两肋片间的表面所散的功率q0q0 = aXATfaX(2h+b)XL根据单面带肋或双面带肋散热器的肋片数n,计算散热功率Pc，单面肋片：Pc，=nq0双面肋片：Pc，=2nq0(单面肋

14、,简单的说,就是一边带肋，一边是一个平面.利于在特定场合下的装配，例如在电源模块上.)若Pc， Pc时则能满足要求。fj rj rj rjrj rjrj rjZs/ Zy ZyZy ZyZy Zy Zy Zy Zy Zy Zy Zyfjfj!j !jfj!J !JZs/ Zs/ Zs/ Zs/Zs/ Zs/ Zs/ ZyZy ZyZy Zy ZyZy Zy Zy Zy Zy四，估算散热器表面积：由Q=HA (T1-T2)结合修正系数推得:S = 0.86W/ (Ta)(平方米)式中T-散热器温度与周围环境温度(Ta)之差(。0；a(h)换热系数,是由空气的物理性质及空气流速决定的。a的值可以表示为：a = Nu* 入 /L式中入热电导率由空气的物理性质决定；L散热器髙度；Nu-空气流速系数。Nu值由下式决定Nu = 0。664*(V/V1厂(l/2)*Pr,l/3)式中V动黏性系数，是空气的物理性质；V1-散热器表面的空气流速；Pr参数(见下表)。00.1380。02070。72200。1560.02210.71400.1750。02340。71温度t/c动黏性系数热电导率Pr