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独家赠送:大功率半导体器件用散热器风冷热阻计算公式和应用软件

已有104985次阅读2012-04-18标签:半导体 电子行业 散热器风冷热阻
  作者文章“大功率半导体器件用散热器风冷热阻计算”曾在2009年第六期“电力电子”杂志上发表。文中对散热器风冷热阻计算公式做了详细的推导并介绍了相应的计算和曲线制作软件。为了便于对此感兴趣的读者了解,本文对上文做一简要介绍,并准备把计算软件通过“电力电子产业网”免费转送给读者。有需要者请与网站联系,电话82967069,客服QQ:546527172,1501055636。(打开文件步骤:散热器热阻计算程序/bin/win32/sanreqi.exe)

  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:
 
  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:
 
  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。
  
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