《散热器设计》word版

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1、散热器设计型材散热器的几何结构由肋片和基座构成，主要几何参数包括肋片长、肋片厚，肋片数、基座厚、基座宽等，研究了型材散热器几何因素对其热性能的影响，通过改变散热器的几何参数，可以有效的降低散热器的热阻，获得好的散热效果。本文的研究为型材散热器的的选择及优化设计提供了依据。关键词：功率器件；热设计；散热器；热阻功率器件是多数电子设备中的关键器件，其工作状态的好坏直接影响整机可靠性。功率器件尤其是大功率器件发热量大，仅靠封装外壳散热无法满足散热要求，需要配置合理散热器有效散热，而散热器的选择是否合理又直接影响功率器件的可靠性，因此分析影响散热器散热性能的因素，有利于合理选取散热

2、器，提高功率器件的可靠性。1散热器的选择在电子设备热设计中，型材散热器由于结构简单，加工方便、散热效果好而得到了广泛的应用，其物理模型示意图如图1所示。它由肋片和基座构成，主要的几何参数包括肋片长、肋片厚，肋片数、基座厚、基座宽等。在选择散热器时一般需要依据散热器热阻来合理选择，同时还需要考虑以下几点：安装散热器允许的空间、气流流量和散热器的成本等。散热器散热的效果与散热器热阻的大小密切相关，而散热器的热阻除了与散热器材料有关之外，还与散热器的形状、尺寸大小以及安装方式和环境通风条件等有关，目前没有精确的数学表达式能够用来计算散热器的热阻，通常是通过实际测量得到。而散热器的

3、有效面积与散热器几何参数密切相关。2影响散热器散热性能的几何因素分析通过实验发现，散热器的几何因素对散热器的散热性能有很大的影响，现以一典型型材散热器为例，分析散热器各几何参数对散热器散热性能的影响。选定某一功率器件（LM317）为热源，其工作电路原理图如图2所示。工作在自然冷却条件下，环境温度为30℃，功耗为3．2W，选取的散热器为型材散热器SYX－YDE（物理模型如图3所示），散热器各个几何参数如表1所示。热源与散热器表面为金属与金属的干接触,无绝缘片也未涂硅脂或导热胶,查有关手册取热源与散热器之间的接触热阻为0.9℃／W。通过散热器设计分析软件进行初步分析,散热器优化

4、设计分析软件采用的是美国Flunt公司的Qfin软件,它采用计算流体动力学求解器,有限体积法,非结构化网格可以逼近复杂的几何形状,同时能实现散热器肋片高度、长度等几何参数的优化。中国可靠性网http://www.kekaoxing.com通过散热器优化设计分析软件得到的散热器和热源相关热参数见表2。下面具体分析改变散热器各几何参数对散热器性能的影响。选定散热器热阻为优化目标，利用散热器优化设计软件，设定散热器某一几何参数为优化变量，比较优化前后几何参数的变化及对散热器热阻的影响。1）散热器肋片长度的影响2）在散热器优化设计软件中，按照建模向导，其他几何参数和环境条件均保持不

5、变，分析肋片长度不同时，散热器热阻和热源结温的变化，得到如表3分析结果。3）从表中数据可看出，肋片长度适当增加能减小器件结温，但是过分增加肋片长度不能确保热量传导至散热器肋片的末端，因此使传热受到影响，不能大大降低结温，反而使散热器重量增加太多。一般认为散热器的肋片长度和基座宽度之比接近1传热较好。4）2）散热器肋片厚度的影响选定散热器热阻为优化目标，肋片厚度为优化变量，其他几何参数及环境条件均保持不变。为了保证散热器肋片的硬度，且易于加工，肋片厚度不能太薄，工程上一般设定肋片厚度≥1mm。按照上述条件，同理得到分析结果如表4：5）由于导热主要沿着肋片的纵向方向，因而肋片的

6、厚度对散热器热性能没有太大的影响，肋片厚度的增加并没有使热源结温降低很多，反而增加了散热器的重量。同时改变散热器肋片厚度也大大增加了加工难度。因此，一般散热器进行工程优化，并不选定散热器的肋片厚度为优化目标。6）3）散热器肋片高度的影响7）在散热器优化设计软件中，按照建模向导，分别新建肋片高度为5mm和18mm的散热器模型，其他几何参数和环境条件均保持不变，分析肋片高度不同时，散热器热阻和热源结温的变化，得到如表5分析结果。由表中可以看出肋片高度对散热器热性能有很大影响，一般随着肋片高度的增加，器件的热量更易通过肋片散至周围空间。但是如果肋片高度过高，散热器体积增加太多，不

7、符合航空航天设备体积小，重量轻的要求，因此散热器肋片高度不宜过高。一般肋片的高度加倍，则散热能力为原来1．4倍。选定优化目标为散热器热阻，优化变量为散热器肋片高度，得到优化结果如表6所示。4)散热器肋片个数的影响选定散热器热阻为优化目标,肋片个数为优化变量,其他几何参数及环境条件均保持不变,得到如表7所示分析结果:一般随着肋片数目的增多热源结温会有所降低，但是超过某一数值后随着肋片的增多器件结温没有明显变化，而散热器重量明显增加。同时肋片数目增加有时还要考虑器件安装的问题，有的器件安装在散热器两肋片之间，如果肋片数