散熱器的設(shè)計與安裝
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一、散熱器的設(shè)計
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/78138.htm最簡便實用的散熱裝置就是散熱器。一個有許多葉片的散熱器或一個面積較大的散熱板都會大大增加散熱面積，給熱的傳導、對流和輻射都會帶來很大的方便。就理論而言，一個面積無限大的散熱器可使熱阻為零。但實際上是無法做到這一點的，這是因為散熱器使用中占有的空間有限，這就要求合理地選擇散熱器和計算其面積。
根據(jù)條件，可以將溫度一熱流方程寫成如下形式：
PD(max)=(Tj(max)-TA(max))／θ
??? 式中：PD(max)——半導體三極管最大耗散功率；
?? ???????Tj(max)——半導體三極管所允許承受的最高溫度；
?? ???????TA(max)——要求電路工作時所處的最高環(huán)境溫度；
? ????????θ——熱流所經(jīng)過的總熱阻。
從第一節(jié)中我們知道：
θ=θjc+θcs+θsa
??? 式中：θjc——半導體器件PN結(jié)到器件外殼的熱阻(℃／W)；
?? ???????θcs——外殼到散熱器的熱阻(℃／W)；
?? ???????θsa——由散熱器表面到周圍空氣中的熱阻(℃／W)。
熱交換系數(shù)hc是一個很復雜的函數(shù)，很難取一個通用的系數(shù)。因此，為方便散熱器的選用，常常由提供的各種實用曲線來求得θsa。
從θsa公式中可以看到，增大散熱器面積可以減小θsa,同樣增大熱交換系數(shù)hc也可以減小θsa。在一般散熱裝置中，廣為采用的是自然對流方式，此時只能采取增加散熱器面積的方法來減小θsa。若由于受到空間限制而無法增加散熱器面積，θsa的減小往往采用強制對流的方式來實現(xiàn)。
下面以7800系列三端集成穩(wěn)壓器來說明散熱器的設(shè)計方法。
已知數(shù)據(jù)為：PD=8w；Tj(max)=125℃；設(shè)TA(max)=60％，手冊查得θjc=
將數(shù)據(jù)代入前面的方程，得：
??? θ=(Tj-TA)／PD
??? =(125-60)／8=8．
??? 由于θ=θjc+θcs+θsa，所以
θcs+θsa=θ-θjc=8．13-5=3．
計算的結(jié)果表明，剩下的任務(wù)就是選擇適當?shù)纳崞骱痛_定散熱器與7800三端集成穩(wěn)壓器的安裝方式，以保證θcs加θsa不大于3．
在管殼和散熱器的安裝中，為防止短路，一般在散熱器和管殼之間加有絕緣墊。必須注意的是，絕緣墊應(yīng)選用同時具有高電阻和低熱阻雙重特性的材料，如云母片就屬此類材料。為了使接觸面接觸緊密以降低cs,往往在接觸面上涂有硅脂。表30-2列出了一些情況下的θcs值?？梢姡崞髋c管殼的連接方式是安裝和維修電子設(shè)備時應(yīng)特別注意的。
在本例中，采用不加絕緣墊并加硅脂的接觸方式，θ應(yīng)為0．
二、常用鋁散熱板及散熱型材的特性
??? 1．散熱板θsa—A關(guān)系曲線
圖30-4～圖30-6給出了不同材質(zhì)及不同安裝散熱板方式的θsa—A關(guān)系曲線。只要經(jīng)設(shè)計計算得知熱阻θsa,便可從曲線中求出散熱板的厚度及散熱面積。
2．鋁散熱型材θsa—V關(guān)系曲線
圖30-7給出的熱阻θsa和包絡(luò)體積V的關(guān)系曲線適用于常用梳狀截面鋁散熱器。只要經(jīng)計算得知熱阻θsa,便可從曲線中得出散熱器的包絡(luò)體積V，從而可以根據(jù)V參數(shù)去選擇散熱器的截面積和長度。
由于鋁散熱型材品種繁多，各葉片的距離也有很大的差異，因此按圖30-7給出的曲線選擇散熱器時應(yīng)留有一定的余量為好。
對于梳狀截面積散熱器，通常還可以用下式來估算散熱型材的包絡(luò)體積：
?
三、散熱器的使用與安裝
??? ①為保證功率元件與散熱器有良好的接觸，應(yīng)盡量避免使用絕緣墊，且應(yīng)保證功率元件與散熱器接觸面的平整與光滑。由于功率元件的外殼與散熱器很難做到緊密結(jié)合，總會留有看不見的空氣隙，所以在接觸面之間應(yīng)涂硅脂，以改善接觸效果，有利于散熱。
②當功率元件的外殼與散熱器之間需要絕緣時，應(yīng)加裝絕緣墊，但絕緣墊的厚度必須在0．08～0．
③功率元件應(yīng)用彈簧墊圈及螺釘緊固于散熱器的中央。
④為了增加散熱器的熱輻射能力，一般都進行著色處理，安裝中不可將這種高輻射的涂層損壞。
⑤散熱器最好垂直安裝，不要過于貼近其他部件以利空氣對流，尤其不要接近發(fā)熱及怕熱的元器件。
⑥散熱器應(yīng)盡量裝在機殼外。當散熱器裝在機內(nèi)時，要在散熱器附近的機殼上開足夠的通風孔，必要時應(yīng)加風機強制對流冷卻。
⑦選用板材散熱時，不宜選用過薄的板材，其厚度應(yīng)在2～
⑧若功率元件的耗散功率大于50W，應(yīng)選用微型風扇進行強制對流冷卻，此時可視情況適當縮小散熱器面積2～4倍。
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