文章概要如下:
一、计算公式
为了推导风冷散热器热阻计算公式作如下设定:
1, 散热器是由很多块金属平板组成,平板一端连在一起成一块有一定厚度的基板,平板之间存在间隙,散热器的基本单元是一块平板;
2, 平板本身具有一定的长度、宽度和厚度(L×l×b)。平板的横截面积A =L × b;
3, 由n个平板(齿片)组成的散热器如图一所示,平板(齿片)数为n ;
4, 由此可见,参数L即为散热器长,或称“截长”;
5, 设散热器端面周长为“S”。
大功率半导体器件安装在基板上,工作时产生的热通过接触面传到散热器的过程属于固体导热。散热器平板周围是空气。风冷条件下平板上的热要传到空气中属于固体与流体间的传热。所以风冷散热器总热阻等于两部分热阻之和:
Rzo(总热阻)= Rth(散热器内固体传热)+ Rthk(散热器与空气间的传热热阻)
引用E.R.G.埃克尔特和R.M..德雷克著的“传热与传质”中的基本原理和公式。推导出如下实用公式:
Rzo(总热阻)= Rth(散热器内固体传热)+ Rthk(散热器与空气间的传热热阻)
引用E.R.G.埃克尔特和R.M..德雷克著的“传热与传质”中的基本原理和公式。推导出如下实用公式:
Ks 为散热器金属材料的导热系数。20℃时,纯铝:KS = 175.6 千卡/ 小时米 ℃;
纯铜:Ks = 332 千卡/ 小时 米 ℃;参数L、l、b、S的单位:米;风速us 单位:米/秒
如散热器端面的周边长为S 、散热器的长为L,忽略两端面的面积,散热器的总表面积为: A = S L 。代入上式后,强迫风冷条件下散热器总热阻公式也可写成:
纯铜:Ks = 332 千卡/ 小时 米 ℃;参数L、l、b、S的单位:米;风速us 单位:米/秒
如散热器端面的周边长为S 、散热器的长为L,忽略两端面的面积,散热器的总表面积为: A = S L 。代入上式后,强迫风冷条件下散热器总热阻公式也可写成:
对某一型号的散热器来说参数 Ks、b、n、S 都是常数。用此公式即可求出不同长度L、不同风速us条件下的总热阻,并可作出相应曲线。
本公式的精确性受到多种因素的影响存在一定误差。主要有:
ⅰ,受到环境空气的温度、湿度、气压等自然因素的影响。如散热器金属的热导系数“Ks”与金属成分及散热器工作时温度有关,本文选用的是20℃时的纯铝。
ⅱ,文中所用的“风速”是指“平均风速”。
ⅲ,公式中描述散热器尺寸的b、n、S、L、l、五个参数不可能表达散热器外形的全部。这只是它的基本尺寸。
计算值和实际测试结果相比其误差值约在10%以下,风速较低时误差较大。
本公式的精确性受到多种因素的影响存在一定误差。主要有:
ⅰ,受到环境空气的温度、湿度、气压等自然因素的影响。如散热器金属的热导系数“Ks”与金属成分及散热器工作时温度有关,本文选用的是20℃时的纯铝。
ⅱ,文中所用的“风速”是指“平均风速”。
ⅲ,公式中描述散热器尺寸的b、n、S、L、l、五个参数不可能表达散热器外形的全部。这只是它的基本尺寸。
计算值和实际测试结果相比其误差值约在10%以下,风速较低时误差较大。