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轻松搞定自然对流散热器的热阻估计

6月前浏览7216

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概述

       大部分芯片热路径可以分上下两个主要路径,当功耗达到自身不能满足散热要求时,就必须额外增加散热措施,散热器是一个选择。它可以提高散热面积,在内部有足够空间时散热器可以带走更多热量,也可以与外壳做成一体式结构适配不同得场景。今天我们就来聊聊散热器主要的相关热阻,帮助我们快速确定芯片结温,来给设计者进行一个参考。

正文

对于采用自然散热方式的电子产品,增加散热面积是一种有效的方式。对于对流、导热、辐射来说,增加面积和散热量是成线性正比的,如下公式所示,散热器就是主要为此设计的。

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其中Q为散热量,k为导热系数,A热流量通过的面积,δ为热传导经过的厚度大小,ΔT为温差,h为对流换热系数,Tw为外壁温,Tf为流体温度,ε为发射率,σ为斯蒂芬玻尔兹曼常数,辐射的温度单位为K。

        散热器的热阻可以分为4部分,1.界面热阻;2.扩散热阻;3.导热热阻;4.对流换热热阻,其中导热热阻是散热器本身产生,而对流辐射热阻是由辐射热阻和自然对流热阻组成,它们两跟温度是强相关的,如下公式所示,都含有温度项,除此之外,自然对流热阻跟外界流体性质也有关。扩散热阻是跟热源和散热器大小比例和所处位置相关联。界面热阻这里主要是界面材料的热阻大小,忽略了界面材料和散热器直接会存在的接触热阻,认为完全填充无缝隙。

公式为

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其中Rtotal为散热器总热阻,RTIM为界面热阻,Rsp为扩散热阻,Rcond为导热热阻,Rconv,rad为对流辐射热阻

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1.      界面热阻:

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其中δ是界面材料的厚度,k是界面材料导热系数,A是热流量通过界面材料的横截面积。

2.      扩散热阻

Lee[1][2]等人给出如下求解公式:

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其中7.png

其中散热器导热系数为k,半径为r2,基底厚度为t,换热系数为h,热源半径为r1.

由于热源、散热器基底一般为非圆形设计,所以需要转化,公式为:

8.png

其中As为热源的横截面积,Ahs散热器基底长与宽的乘积;

3.      导热热阻

  散热器存在基底的导热热阻和翅片的导热热阻两部分,

  散热器基底导热热阻

9.png

其中t为散热器基底厚度

翅片热阻

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其中H为翅片长,Afin为翅片的横截面积;

散热器基底和翅片属于串联,而各翅片之间属于并联,

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其中N为齿数

4.      对流辐射热阻

为了简化问题可以将对流辐射换热系数h设置为常数,但可能精确度产生误差;

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其中Af为翅片与流体的换热面积,Ahs为散热器基底长与宽的乘积

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内容简介:对流辐射系数估计推荐

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首次发布时间:2022-01-06
最近编辑:6月前
西贝老师
硕士 | 仿真工程师 thermal design
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未登录
4条评论
马文
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5月前
性价比特别高的文章哈哈
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金生水起
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6月前
界面热阻中的 δ解释是错误的, δ应该是界面热阻的厚度,不是热阻
1条回复
广行无疆
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1年前
老师,如果这个散热器加个盖板,改成液冷散热的话怎么计算热阻?
1条回复
孙锐杰
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2年前
请问“4. 对流辐射热阻”下的第一个公式是什么意思呢?把括号去掉最后不成了1/(Ahs*h)吗?
4条回复

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