基于散熱器設(shè)計的大功率IGBT散熱器水冷熱阻計算
其中l(wèi)為散熱器的長度,單位是m;B為散熱器寬度,單位是米;L為散熱器厚度,單位是米;A為散熱器總有效散熱面積,單位是平方米;h為水的強(qiáng)制對流換熱系數(shù),單位W/m2K;λ為水的導(dǎo)熱系數(shù),單位是W/mK。計算結(jié)果為水冷散熱器熱阻值,單位是cm2K/W。這一模塊功能帶有演算的性質(zhì),可以實現(xiàn)在散熱器幾何尺寸,水的強(qiáng)制對流換熱系數(shù),水的導(dǎo)熱系數(shù)確定的條件下,計算出該散熱器對應(yīng)的熱阻值。水冷散熱器熱阻曲線繪圖模塊如圖5,圖6所示。其參數(shù)意義同圖4。水冷散熱器曲線給出了散熱器總面積,水的強(qiáng)制對流換熱系數(shù)和熱阻間的定量關(guān)系。解決了兩個問題;對于給定有效散熱面積面積的散熱器,為實現(xiàn)特定的熱阻,需達(dá)到多大的水的強(qiáng)制對流換熱系數(shù),即需多大的管徑的問題。對于特定的水的強(qiáng)制對流換熱系數(shù),如何通過散熱器的散熱面積面積來控制熱阻的問題。2.2 熱阻計算說明
下面用實例說明圖5,圖6熱阻曲線的制圖過程。在“1.3實例”中已經(jīng)計算出串聯(lián)A模型,B模型的總熱阻。首先,我們將水的導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.5 W/mk,L=0.005 m,ls=0.55 m,B=0.45m填入相應(yīng)空格內(nèi)。然后選擇曲線類型。不同水的強(qiáng)制對流換熱系數(shù)下,散熱器有效散熱面積與熱阻之間的關(guān)系如圖5所示。不同有效散熱面積下,水的強(qiáng)制對流換熱系數(shù)與熱阻之間的關(guān)系如圖6所示。在界面左下方還有“計算水冷熱阻”,點擊進(jìn)入熱阻計算界面,如圖所示。按要求填入各個參數(shù)值:λ=0.5 W/mK,L=0.005 m,ls=0.55 m,B=0.45 m,h=1 000W/m2K當(dāng)輸入面積為1.4118是算出熱阻值為92.502 801 066 337 cm2K/W,與上面公式計算模型A結(jié)果92.503 cm2K/W相吻合。
3 結(jié)語
本文主要介紹了利用傳熱學(xué)基礎(chǔ)原理和公式推導(dǎo)的大功率半導(dǎo)體器件用散熱器水冷熱阻計算公式和為應(yīng)用方便開發(fā)的此公式的熱阻計算和熱阻曲線繪圖計算機(jī)軟件,經(jīng)實例計算和曲線的繪制,可用于水冷散熱器設(shè)計時參考。要注意的是本公式的精確性受到多重因素的影響,存在一定的誤差,且本文中所用的散熱器熱阻公式只適合水冷散熱器。
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