功率器件热管散热器介绍
热管散热器工作原理
热管散热器工作原理
热管散热器是一种高效的散热装置，它利用热管的热传导和相变特性来有效地转移和散发热量。
热管散热器由一个闭合的金属管路构成，内部充满了一定量的工作流体（通常为液态或气态）。
其主要工作原理可分为四个步骤：蒸发、传热、冷凝和回流。
首先，在热管的一个端口（蒸发段），流体吸热并迅速蒸发。
这个过程中，流体从液态转变为气态，吸收热量，将热量从热源传递给热管。
其次，蒸汽沿着热管内壁的空间传递到较冷的区域，这个区域称为传热段。
在传热段，蒸汽释放热量，传递给热管的外壁。
这个过程通过热传导来实现，蒸汽使得热量沿着热管向外传递。
然后，当蒸汽接触到冷却介质（如散热片或风扇），它会散热并迅速冷凝。
冷凝过程中，蒸汽从气态转变为液态，释放出大量潜热，将热量转移到散热介质上。
最后，冷凝后的流体以液态的形式回流到热管的蒸发段。
这个回流过程由于重力或毛细管作用而实现。
回流后，流体再次吸热并蒸发，循环往复。
热管散热器的工作原理基于热传导和相变热的原理，使得热量能够从热源迅速传递到散热器的表面，并通过冷凝散热的方式转移给外部环境。
这种结构和工作原理使得热管散热器具有高效、可靠和紧凑的特点，被广泛应用于电子设备、航空航天、医疗器械等领域的散热解决方案中。
热管散热器技术原理
热管^热器技术原理现在的CPU、显卡、硬盘，甚至主板芯片组的发热量都大得惊人。
普通风冷散热器已经发展到极限了，要想继续提高散热性能只能寻求新的散热技术。
好在业界早已开发出诸如热管、液冷、半导体制冷等技术。
虽然这些技术里不乏高性能得散热方式，但是最贴合实际应用的还非热管莫数了。
热管应用于PC上还是近几年里的事，真正开始普及也就一年左右。
随着热管技术的成熟和大规模使用，现在的热管散热器已经走下神台，价格也是一落千丈，从最初的500以上，到现在不足百元的售价，的确让很多玩家为止欣喜。
但是，你知道为什么同样的热管散热器价格会有从几千元到几十元这么大的差价么？你知道热管散热器里面的各种技术和制造工艺么？下面我就和大家一起探讨一下关于热管散热器的方方面面。
热管是一种具有极高导热性能的传热元件1964年发明于美国洛斯-阿洛莫斯国家实验氢L os Alamos National Laboratory）并在上世纪60年代末达到理论研究高峰于70年代开始在工业领域大量应用。
它通过在全封闭真空管内工质的汽、液相变来传递热量，具有极高的导热性，高达纯铜导热能力的上百倍，有“热超导体”之美称。
工艺过关、设计出色的热管CPU散热器，将具有普通无热管风冷散热器无法达到的强劲性能。
-TH€RMACOR€ Heat PipeNotu tt dt Iht? watur 打由白hsal 即白will svaporabaatbetow 1 co u C 血白l口iht low pre骷LI怕i •馅i曲tM haalpipd.热管工作状况示意图PC散热器中应用的热管属常温热管，工艺成熟，热管内工质为水。
热管一端为蒸发端，另外一端为冷凝端。
当热管一段受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体。
液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段，如此循环不止。
热量由热管一端传至另外一端，这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。
热管散热器的工作原理
热管散热器的工作原理
热管散热器是一种应用了热管原理的散热装置，其工作原理基于液体在低温端和高温端间的热量传导和相变。
热管由内壁光滑的密封管壳和内部充满液体的毛细管组成。
当热管的低温端暴露在需要散热的热源上时，低温端的热量会引起液体内部的汽化。
汽化产生的气体会充满整个热管，形成高压区。
气体压力差会使得气体流动至热管的高温端。
在高温端，气体接触到较低温度的环境，并且通过冷凝转化成液体状态。
液体会从高温端回流至低温端，从而完成热量传递的循环。
通过这个循环过程，热管能够将热量从热源中迅速、高效地传导至散热器的整个表面。
随着液体的汽化和冷凝循环，热量被大幅度扩散和传递，完成了高效的散热过程。
值得注意的是，热管的毛细管内部充满了液体，因此热管可以在任何方向上工作，不受重力的影响。
这使得热管散热器具有灵活性，可以应用于各种空间限制的场合。
笔记本热管散热器原理
笔记本热管散热器原理
热管散热器是一种利用热传导和相变原理进行热量传递和散热的装置。
它由一根内腔充满工作介质的金属管和散热片两部分组成。
热管的工作介质通常是低沸点的液态物质，如水、乙醇或氨等。
热管被放置在笔记本电脑的散热部件上，其中一端与热源接触，如CPU或GPU，另一端与散热片相连。
当热源部件产生热量时，热管内的工作介质会吸收热量并在低压下蒸发。
蒸发后的工作介质气体会在热管内传输到散热片部分，并在那里冷凝成液态。
液态工作介质会释放掉热量，然后再次回到热源部件处。
这样，热管内的工作介质形成了一个循环，通过传导和相变的方式将热量从热源传输到散热片，实现了热量的高效散热。
热管散热器的优势在于其高效的热传导和散热能力。
相比传统的散热铜管或风扇散热器，热管散热器具有更好的散热性能和更低的噪音水平。
由于其结构紧凑，热管散热器也可以更好地适应笔记本电脑这样的小型设备。
然而，热管散热器也有其局限性。
首先，热管散热器的散热效果会受到环境温度和散热片的散热能力的限制。
其次，热管散热器的成本较高，这也限制了其在一些低成本设备中的应用。
总的来说，热管散热器通过利用热传导和相变原理，可以实现
高效的热量传输和散热。
尽管存在一定的局限性，热管散热器在笔记本电脑等小型设备中仍然具有广泛的应用前景。
IGBT功率器件散热器详解
IGBT功率器件散热器详解IGBT器件工作时产生的热量会使芯片温度升高。
如果IGBT散热问题处理不好，就有可能使芯片温度升高到超过所允许的最高IGBT结温，从而导致器件性能恶化或失效。
若在电路设计中，进行了合理的散热设计，不但能使器件的潜力得到充分发挥，而且还能提高电路的可靠性。
因此，IGBT散热设计也是功率电子电路设计任务中不可缺少的重要环节之一。
IGBT散热设计的基本任务是，根据传热学的基本原理，为器件设计一热阻尽可能低的热流通路，使器件发出的热量能通过它尽快地发散出去，从而保证器件运行时，其内部的结温始终保持在允许的结温之内。
随着IGBT器件容量的不断增大，对散热效能提出越来越高的要求。
散热器发展初期，选配散热器不是以结温，而是以额定电流作为依据。
也就是说，一定额定电流下的器件必须配一定型号的散热器，这种指导思想在实际使用中曾被普遍采用。
但是实践证明，当额定电流相同的器件(正向压降不同)，配以相同的散热器时，有的能够长期可靠运行，有的却很快损坏，因此不得不在标准中规定器件必须带散热器一起试验，一起出厂，这样大大影响了散热器的可换性，使制造单位和使用单位都感很不便，而且也很不经济。
采用结温作为器件与散热器匹配的依据，并建立了稳态热(简称热阻)概念之后，散热器的可换性得到了保证。
因为两者的匹配关系可以通过计算来确定，使用者可根据实际的稳态耗散功率(不是额定电流)及实际介质温度来选择理想的散热器。
只有这样，才能保证使用者能够经济又灵活地选配散热器，使器件的制造厂达到分别试验、分别出售的目的。
安装散热器的基本目的是把IGBT器件中产生的热量传递出去。
与其他物体传热一样，有下面三种方式；热传导、热对流和热辐射。
散热器的类型IGBT器件配用的散热器通常有自冷式、风冷式、液冷式和沸腾式四大类。
1．自冷式散热器自冷式是通过空气自然对流及辐射作用将热量带走的散热方式。
这种散热的效率很低，对流换热系数。
α仅有(6~13)x 4.18 x103J／h.m2.K，但是它的结构简单、噪音小、维护方便，无需风机或循环系统等优点。
IGBT功率器件散热器详解
IGBT功率器件散热器详解IGBT器件工作时产生的热量会使芯片温度升高。
如果IGBT散热问题处理不好，就有可能使芯片温度升高到超过所允许的最高IGBT结温，从而导致器件性能恶化或失效。
若在电路设计中，进行了合理的散热设计，不但能使器件的潜力得到充分发挥，而且还能提高电路的可靠性。
因此，IGBT散热设计也是功率电子电路设计任务中不可缺少的重要环节之一。
IGBT散热设计的基本任务是，根据传热学的基本原理，为器件设计一热阻尽可能低的热流通路，使器件发出的热量能通过它尽快地发散出去，从而保证器件运行时，其内部的结温始终保持在允许的结温之内。
随着IGBT器件容量的不断增大，对散热效能提出越来越高的要求。
散热器发展初期，选配散热器不是以结温，而是以额定电流作为依据。
也就是说，一定额定电流下的器件必须配一定型号的散热器，这种指导思想在实际使用中曾被普遍采用。
但是实践证明，当额定电流相同的器件(正向压降不同)，配以相同的散热器时，有的能够长期可靠运行，有的却很快损坏，因此不得不在标准中规定器件必须带散热器一起试验，一起出厂，这样大大影响了散热器的可换性，使制造单位和使用单位都感很不便，而且也很不经济。
采用结温作为器件与散热器匹配的依据，并建立了稳态热(简称热阻)概念之后，散热器的可换性得到了保证。
因为两者的匹配关系可以通过计算来确定，使用者可根据实际的稳态耗散功率(不是额定电流)及实际介质温度来选择理想的散热器。
只有这样，才能保证使用者能够经济又灵活地选配散热器，使器件的制造厂达到分别试验、分别出售的目的。
安装散热器的基本目的是把IGBT器件中产生的热量传递出去。
与其他物体传热一样，有下面三种方式；热传导、热对流和热辐射。
散热器的类型IGBT器件配用的散热器通常有自冷式、风冷式、液冷式和沸腾式四大类。
1．自冷式散热器自冷式是通过空气自然对流及辐射作用将热量带走的散热方式。
这种散热的效率很低，对流换热系数。
α仅有(6~13)x 4.18 x103J／h.m2.K，但是它的结构简单、噪音小、维护方便，无需风机或循环系统等优点。
散热你真的懂吗？解析热管散热器原理
散热你真的懂吗？解析热管散热器原理散热器是平台中必不可少的，它可以帮助CPU达到凉爽的降温效果，让CPU运行更加稳定。
往往玩家们都会使用带有热管的散热器进行安装，不同需求的玩家选择的散热器有所不同，随之散热器的热管数量也会有所不同。
有当单热管的，有双热管也有8热管的散热器。
这些散热器的散热效果并不相同，玩家们需要通过自己的需求选择适合自己的产品。
很多玩家都会说散热器的热管是用来传导热量的，将CPU的热量通过鳍片进行吹风散热。
要想有更好的散热效果，就需要散热器的热管数量达到一定数量，否则很难满足玩家们的需求。
那么热管到底如何散热？今天编辑就待大家来看看。
其实原理很简单。
物体的吸热、放热是相对的，凡是有温度差存在的时候，就必然出现热从高温处向低温处传递的现象。
热管就是利用蒸发制冷，让热管两端温度差很大，使热量快速传导。
热管原理（图片来自网络）热管技术的原理其实很简单，就是利用工作流体的蒸发与冷凝来传递热量。
将铜管内部抽真空后充入工作流体，流体以蒸发--冷凝的相变过程在内部反复循环，不断将热端的热量传至冷却端，从而形成将热量从管子的一端传至另一端的传热过程。
热管原理（图片来自网络）一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。
热管内部是被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。
管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。
热管一端为蒸发端，另外一端为冷凝端，当热管一端受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端。
这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。
目前市面中有些廉价的热管散热器，这其中也包括了某些显卡散热器，虽然采用了热管，但外壁往往用的是铝材，而且内部的毛细工艺也几乎不可能采用粉末烧结工艺，因此性能必然不会像高端热管那样优秀。
选购的时候，我们不能对这种产品的散热性能报以过多的希望。
热管散热器原理
热管散热器原理
热管散热器是一种利用热管技术进行散热的设备，其原理是利用热管的热传导
和相变特性，将热量从热源传导到散热器表面，再通过散热器表面的散热片将热量散发到空气中，从而达到散热的目的。
热管是一种利用液体在低温端蒸发、在高温端凝结的原理，将热量从一个地方
传导到另一个地方的热传导设备。
热管内部充满了一定量的工质，通常是一种低沸点的液体，如水、乙醇等。
当热管的一端受热时，工质在低温端蒸发，形成高压蒸汽，蒸汽压力推动蒸汽流向高温端，然后在高温端凝结成液体，释放出潜热。
这样，热量就被有效地从低温端传导到高温端。
热管散热器的工作原理是将热管与散热片相结合，形成一个整体的散热系统。
热管的一端与热源接触，通过热传导将热量传导到热管的另一端，而热管的另一端与散热片相连接，通过热传导将热量传递给散热片。
散热片的表面积较大，能够更快地将热量散发到周围的空气中，从而实现散热的效果。
热管散热器具有散热效率高、体积小、重量轻、可靠性高等优点。
由于热管本
身是一种 passively driven 的热传导元件，不需要外部能源，因此可以在各种恶劣
的环境下工作。
同时，热管散热器的结构简单，制造成本低，易于集成和安装，因此在各种电子设备和工业设备中得到了广泛的应用。
总的来说，热管散热器利用热管的热传导和相变特性，通过热传导将热量从热
源传导到散热器表面，再通过散热器表面的散热片将热量散发到空气中，从而实现散热的效果。
其优点是散热效率高、体积小、重量轻、可靠性高，适用于各种恶劣环境下的散热需求。
因此，在电子设备和工业设备中具有广泛的应用前景。
热管散热器有哪些特点？
热管散热器有哪些特点？
热管技术的应用
随着电子设备的不断升级和增多，散热问题成为制约设备发展的瓶颈之一。
传统的散热方式大多使用风扇或散热片，但这两种方式都存在一定的局限性。
热管技术作为一种全新的散热方式在电子领域得到了广泛应用，它利用载热介质在管内的自然对流进行换热，具有换热效率高、工作温度范围广、可靠性强等特点。
热管散热器的特点
热管散热器是利用热管技术进行散热的一种散热器，它具有以下特点：
散热效率高
热管散热器利用的是热管技术，其散热效率远高于风扇和散热片等传统散热方式，能够更快更有效地将热量散发出去。
体积小巧
热管散热器的体积相对较小，可以方便地嵌入到各种电子设备中进行散热，避免过多的占用空间。
节能环保
热管散热器的散热效率高，不需要使用大量的电力来运作，因此能够达到节能环保的效果。
工作温度范围广
热管散热器能够在较宽的温度范围内正常工作，包括极端的高温和低温环境，在恶劣的环境下也能够保持稳定的散热效果。
可靠性强
热管散热器不需要机械运动部件，因此故障率低，能够长时间稳定地工作。
适用范围广
热管散热器适用于各种电子设备的散热，包括计算机、手机、平板电脑、电视等，具有广泛的应用前景。
总结
热管散热器作为一种新型的散热方式，具有换热效率高、体积小巧、节能环保、工作温度范围广、可靠性强和适用范围广等特点，因此在电子领域得到了广泛应用。
散热技术之热管技术简介
热管技术3、热管散热技术热管是一种具有极高导热性能的传热元件，导热能力比普通金属高几百倍。
据相关资料表明，高质量热管的传热效率是铜的1490倍，传递速度可达30m/s，远远高于世界上任何导热金属和传热技术，能到达瞬时传热的效果。
其实热管技术并不是近年才出现的新技术。
它的历史可追溯到上世纪40年代，为了满足二次世界大战的需要，美国通用发电机工程师Gaugler就提出了类似于热管的设计方案，并在1944年取得了专利。
到了1963年，第一根真正的热管被科学家George M．Grover 在美国加里佛尼亚大学的Los Alamos实验室制造出来。
笔者有幸看到了当年第一根热管的设计笔记，但由于字迹潦草，具体内容还请有兴趣的读者自己研究。
热管技术应用广泛，在航空航天、铁路交通、取暖保温中有大规模的使用。
而被引入IT硬件领域，还是上世纪90年代末，最早奔腾2笔记本电脑中出现了热管。
使用目的是为了在压缩体积的条件下取得优秀的散热效果。
随着硬件发热量的提高，现有的传统风冷散热技术已经不能满足散热需求。
于是出现了液冷、半导体制冷、压缩机制冷等散热方式，但由于安全性、稳定性与成本过高等问题无法普及应用。
所以热管这种技术成熟，成本相对较低的技术就被越来越多的台式机散热器采用。
热管的工作原理与特点热管的基本原理与空调等相变制冷类似，也可以说是一个微缩的相变制冷系统。
它是利用高导热性液体相变时吸热蒸发、放热凝结的特性，将热量快速的从吸热端转移到散热端。
从原理示意图上我们可以看出，热管内部液体由于在吸热端受热而气化（按红色箭头的走向），蒸腾到散热端放热后液化（按蓝色箭头走向），最后回流到吸热端这一个循环过程。
这个循环过程是在密闭的金属管体中进行的，不会有液体外漏的不稳定现象，而且热管体积也可控制，适合多种用途。
如果把热管剖开看，我们可以把热管分成管壳、吸液芯和蒸汽通道三个部分：管壳由于必须承受热管内部的真空高压，并且还必须更小的热阻，因此对管材的材料和制造工艺有很高的要求。
热管散热器技术原理
关键 词：热管散 热器；热管 应用于电子散热 的热管技术 随着大功 率半导体 器件 的功率不断 增长其散 热 问题 更显突 出。 传统 的空冷散热器只能适用于较小的功率， 扩大散热面会带来 肋 效 率 的 降低 ， 无 助 于提 高 散热 能 力 。而 用水 冷 却 ， 则要有水处理， 系统 比较 复杂， 而且用水冷也不利于安全可靠 。 热管散热器可 以有 效地扩大 散热面， 解 决大功 率散热 问题， 不但能力高而且重量轻， 结 构 紧凑 。 二 、热管 的工作原理 热管 ：是一种传热性极好的人工构件 ，常用的热管 由三部分 组 成 ：主 体 为 一 根 封 闭 的金 属 管 ，内部 有 少 量 工 作 介 质 和 毛 细 结 构 ，管 内 的空 气 及 其 他 杂 物 必 须 排 除 在 外 。热 管 工 作 时 利 用 了 三 种物理学原理 ： （ 一 ）在真空状态下，液体 的沸 点降低 ； （ 二 ）同种物质的汽化潜热 比显热高的多； （ 三 ）多孔毛细结构对 液体的抽 吸力 可使液体流动 。 热管散热 器的结构 形式很多，最典型的是一根真空密封 的管 状体 ，内由管芯和工作介质液组成 ，通 常采用铜 管做 壳体 ，有 利 于抵 抗 管 的 内 外压 力 差 ， 工 作 介质 可 以是 水或 者 其 他 如 液 态 氦 、
一
、
的，而不象铜 、铝等 金属的传热是靠分子 的热运动 而传 导的，所 以，热管能传递的热量和速度 比银、铜等金属大几百倍 。在高温 场合， 则要大几十万倍，有人把热管称 之为热的 “ 超 导体 ” 。 （ 二 ）高度的等温性 热管表面 的温度是 由蒸汽温度控制的，当局部受热量增大时， 管 内的蒸汽压力升高，管内空间的温度 变得 更均 匀。这种 等温 性 与热管的形状和尺寸关系不大。例如 ｌ ｍ 长的热管，两端温差可
热管散热器的特性及应用探讨
TECHNOLOGY AND INFORMATION
工业与信息化
热管散热器的特性及应用探讨
刘笑 许正泓 于守春 大连通铁热动力股份有限公司 辽宁 大连 116050
摘 要 近一个世纪以来，人们对“超导”持续怀有热情，无论是电的超导体还是热的超导体。电的超导体，我 们相对比较熟知，而热的超导体却很少有人能做出准确第一反应。所谓热的超导是20世纪中叶以后才问世的一种叫 法，现在我们广泛的知道这就是热管原理。本文主要介绍热管散热器的特性和实际应用，希望通过此文让大家对热 管有一个较为深入的了解，在以后工作中能抓住诉求，做出最合理的散热方案选择。 关键词 热管散热器；特性；实际应用
1 热管散热器概述
热管是一个真空密闭容器，热管散热器的“管”一般采用 铜或不锈钢，相变介质一般选用液氮、水和钠、钾等。现在人 们习惯用空调器中的结构名词，将热管分为蒸发端和冷凝端。 在蒸发端，也可称为加热端，热管内介质受热蒸发，蒸发后液 态介质变为气态，流向热管的另一端，管的另一端为冷凝端， 也可称为放热端，介质蒸汽在冷凝端液化放热，再次变回液 态，回流蒸发端，如此快速的完成一个循环。因为热管内是真 空状态，所以内部介质的沸点大大降低，蒸发也更为容易，所 以热管内的循环是高效而迅速的[1]。
功率器件的散热计算及散热器选择
功率器件的散热计算及散热器选择H e a t D i s p e r s i o n C a l c u l a t i o n F o r P o w e r D e v i c e s a n d R a d i a t o r s S e l e c t i o n功率管的散热基础理论功率管是电路中最容易受到损坏的器件.损坏的大部分原因是由于管子的实际耗散功率超过了额定数值.那么它的额定功耗值是怎样确定的,还有没有潜力可挖呢?让我们来分析一下.晶体管耗散功率的大小取决于管子内部结温Tj. 当Tj 超过允许值后,电流将急剧增大而使晶体管烧毁.硅管允许结温一般是125~200℃,锗管为85℃左右(具体标准在产品手册中给出).耗散功率是指在一定条件下使结温不超过最大允许值时的电流与电压乘积.管子消耗的功率越大,结温越高.要保证结温不超过允许值,就必须将产生热散发出去.散热条件越好,则对应于相同结温允许的管耗越大,输出也就越大.因此功率管的散热问题是至关重要的.热阻为了描述器件的散热情况,引入热阻的概念.电流流过电阻R ，电阻消耗功率RI 2[W]（每秒RI 2焦耳能量），导致电阻温度上升。
用隔热材料覆盖电阻，电阻产生的热量不能散发时，则电阻温度随着时间增加而上升，直至电阻烧坏。
一般而言，二物体间的温差越大，温度高的物体向低的物体移动量增多。
某电阻置于空气中（如图6.33所示），由于流过电流向电阻提供功率，这功率变为热能。
在使电阻温度生高的同时，部分热能散发于空气中。
开始有电流流过电阻时，电阻温度不高，因此散发的热也小，电阻温度逐渐上升，散发的热量也上升与用电阻表示对电流的阻力类似.热阻表示热传输时所受的阻力.即由U1-U2=I ×R 可有类似的关系T1-T2=P ×R T (1-1)其中T1-T2为两点温度之差,P 为传输的热功率,R T 是传输单位功率时温度变化度数,单位是℃/W.RT 越大表明相同温差下散发的热能越小.于是结温Tj,环境温度Ta,管耗PCM 及管子的等效热阻R T 之间有以下的关系 Tj-Ta=P CM ×RT (1-2)若环境温度一定(常以25℃为基准), Tj 已定,则管子等效热阻越小,管耗P CM 就越可以提高.下面我们来看看管子的散热途径及等效热阻的情况.以晶体管为例.图1-1(a)是晶体管散热的示意图.从管芯(J-Junction)到环境(A-Ambient)之间有几条散热途径: 管芯(J)到外壳(C-Case),通过外壳直接向环境(A)散热;或通过散热器(S)(中间有界面)向环境散热.不同的管芯(指材料、工艺不同)本身的散热情况不同,或者说热阻不同.外壳、散热器等的热阻也各不相同.我们可用一个等效电路来模拟这个散热情况,如图1-1(b)所示.散发的热能Pc 表示为电流的形式;两点的温度分别为结温Tj,和环境温度Ta;结到外壳的热租用Rjc 表示,外壳到环境用Rca 表示,外壳到散热器用Rcs 表示,散热器到环境用Rsa 表示,加散热器后有两条并存的散热途径.图1-1 晶体管散热情况分析(a)晶体管散热示意图 (b)散热等效电路对于小功率管,一般不用散热器,则管子的等效热阻为R T = Rjc+ Rca (1-3)而大功率管加散热器后,一般总有Rcs+ Rsa<<Rca,则R T ≈ Rjc+ Rcs+ Rsa (1-4) 不同的管子Rjc 不同,比如MJ21195的Rjc=0.7℃/W,而MJE15034的Rjc=2.5℃/W. Rca 与管壳的材料和几何尺寸有关. Rsa 与散热器的材料(铝、铜等)及散热面积等有关.并且发现将它垂直放置比水平放置散热效果好,表面钝化涂黑又可改进热幅谢,使热阻进一步减少等.图1-2给出二条散热面积与热阻的关系曲线,以机壳、底座为散热面积只能算一个面.外壳C 散热器S (a)Pc (b)Rcs 是管壳与散热器界面的热阻.可分为接触热阻和绝缘层热阻.接触热阻取决于接触面的情况,如面积大小、压紧程度等.若在界面涂导热性能较好的硅脂可减少热阻.当需要与散热器绝缘时(如利用外壳、底座进行散热的情况),垫入绝缘层也会形成热阻.绝缘层可以是0.05~0.1mm 厚的云母片或采用阳极氧化法在表面形成的绝缘层.若已知管子的总热阻为R T ,则在环境温度为T A 时允许的最大耗散功率可由式(1-2)得出.在产品手册上给出的管耗只在指定散热器(材料、尺寸一定)及一定环境温度下的最大允许值.若散热条件发生变化,则允许的管耗也应随之改变.对于其它类型的器件(包括集成功放等),耗散功率和散热的关系均与此类似.因此在使用中必须注意环境温度及合适的散热器(同时要注意器件与散热器的压紧情况等),才能获得所需的功率.图1-2 铝散热板的热阻实际产品设计的散热计算目前的电子产品主要采用贴片式封装器件，但大功率器件及一些功率模块仍然有不少用穿孔式封装，这主要是可方便地安装在散热器上，便于散热。
热管及热管散热器
热管科技名词定义中文名称：热管英文名称：heat tube定义：封闭的管壳中充以工作介质并利用介质的相变吸热和放热进行热交换的高效换热元件。
所属学科：电力（一级学科）；通论（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布热管工作原理示意图热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的乔治格罗佛(George Grover)发明的一种称为“热管”的传热元件,它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质,透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外,其导热能力超过任何已知金属的导热能力。
目录制造工艺基本简介基本工作基本特性相容性及寿命热管制造制造工艺展开编辑本段基本简介热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式，采用热管技术使得散热器即便采用低转速、低风量电机，同样可以得到满意效果，使得困扰风冷散热的噪音问题得到良好解决，开辟了散热行业新天地。
现在常见于cpu的散热器上。
从热力学的角度看，为什么热管会拥有如此良好的导热能力呢？物体的吸热、放热是相对的，凡是有温度差存在的时候，就必然出现热从高温处向低温处传递的现象。
从热传递的三种方式来看（辐射、对流、传导），其中热传导最快。
热管就是利用蒸发制冷，使得热管两端温度差很大，使热量快速传导。
一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。
热管内部是被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。
管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。
热管一端为蒸发端，另外一端为冷凝端，当热管一端受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端。
这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。
编辑本段基本工作典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成1．3×(10负1－－－10负4)Pa的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。
热管式IGBT 散热器的研究
热管式IGBT 散热器的研究绝缘门双极晶体管IGBT(Insulated gate bipolar transistor) 是集功率场效应晶体管(MOSFET)与双极型晶体管优点于一体的新型全控型电力电子器件。
广泛应用于电机控制、开关电源等领域。
IGBT 同时也是一种大功率电子元件，发热量可达数千瓦，而电子元件特有的性质又要求IGBT 在正常使用时温度不能超过某一界限[1，2]，这就要求配以散热能力很强的冷却器及时将其热量散去。
两相闭式热虹吸管（Two-phase closed thermosyphon）以其高导热性、结构简单、体积小、重量轻的优点，成为IGBT 很好的散热元件，并且对于封装在壳体内发热元件，热管散热有其特有的优势。
首先用热管解决电子元件散热问题是在60 年代末、70年代初的美国。
其后Fujikura 的单管可控硅散热器，MAYR 的IGBT 散热器相继出现。
本章内容是一台叠装翅片（stack fin 型）热管散热器，利用强制风冷，使IGBT 的表面温度控制在80℃以下，确保其的正常工作。
5.1 有限元分析在传热学工程中的应用[3～8]有限单元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。
它是50 年代首先在连续体力学领域，如飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。
50 年代中期至60 年代末,有限元法迅猛发展,由于当时理论尚处于初级阶段，计算机的硬件及软件也无法满足需求，有限元法和有限元程序无法在工程界普及。
到60 年代末70 年代初出现了大型通用有限元程序，它们以功能强、用户使用方便、计算结果可靠和效率高而逐渐形成新的技术商品，成为结构工程强有力的分析工具。
目前，有限元法在现代结构力学、热力学、流体力学和电磁学等许多领域都发挥着重要作用。
当前，在我国工程界比较流行，被广泛使用的大型有限元分析软件有MSC/Nastran、Ansys、Abaqus、Marc、Adina 和Algor 等。
功率器件的散热计算及散热器选择
功率器件的散热计算及散热器选择目前的电子产品主要采用贴片式封装器件，但大功率器件及一些功率模块仍然有不少用穿孔式封装，这主要是可方便地安装在散热器上，便于散热。
进行大功率器件及功率模块的散热计算，其目的是在确定的散热条件下选择合适的散热器，以保证器件或模块安全、可靠地工作。
散热计算任何器件在工作时都有一定的损耗，大部分的损耗变成热量。
小功率器件损耗小，无需散热装置。
而大功率器件损耗大，若不采取散热措施，则管芯的温度可达到或超过允许的结温，器件将受到损坏。
因此必须加散热装置，最常用的就是将功率器件安装在散热器上，利用散热器将热量散到周围空间，必要时再加上散热风扇，以一定的风速加强冷却散热。
在某些大型设备的功率器件上还采用流动冷水冷却板，它有更好的散热效果。
散热计算就是在一定的工作条件下，通过计算来确定合适的散热措施及散热器。
功率器件安装在散热器上。
它的主要热流方向是由管芯传到器件的底部，经散热器将热量散到周围空间。
若没有风扇以一定风速冷却，这称为自然冷却或自然对流散热。
热量在传递过程有一定热阻。
由器件管芯传到器件底部的热阻为R JC,器件底部与散热器之间的热阻为RCS,散热器将热量散到周围空间的热阻为R SA总的热阻R JA="R" JC+RCS+R SA。
若器件的最大功率损耗为PD,并已知器件允许的结温为TJ、环境温度为TA,可以按下式求出允许的总热阻R JA。
R JA W (TJ -TA)/PD则计算最大允许的散热器到环境温度的热阻R SA为R SA W ({T_{J} -T_{A}}\over{P_{D}})-(R JC+R CS)出于为设计留有余地的考虑，一般设TJ为125C。
环境温度也要考虑较坏的情况，一般设TA=40C 60 C。
R JC的大小与管芯的尺寸封装结构有关，一般可以从器件的数据资料中找到。
R CS 的大小与安装技术及器件的封装有关。
如果器件采用导热油脂或导热垫后，再与散热器安装，其R CS典型值为0.1 0.2 C /W;若器件底面不绝缘，需要另外加云母片绝缘，则其R CS可达1C/Wo PD 为实际的最大损耗功率，可根据不同器件的工作条件计算而得。
大功率LED灯散热器介绍
大功率LED灯散热器介绍所谓led(Light-emitting Diode的缩写) 灯是指采用半导体发光二极管技术做为发光源的一种新型环保照明产品。
LED 灯具有省电节能，易控制、免维护、安全环保、使用寿命长等特点，其使用寿命可达50,000-100,000小时，远超过传统钨丝灯泡的1,000 小时及萤光灯管的10,000 小时。
LED作为一种新型的节能、环保绿色光源产品，必然是未来发展的趋势。
不过目前LED灯具产品尚有不足，除价格较高外，发光效率偏低，工作时会产生较多的热量，需要散热器将热量导出并散发到环境中，否则将会影响LED的寿命甚至无法工作。
一. 普通照明大功率LED灯具(1W以上)介绍1. 常见类型——球泡灯、射灯、蜡烛灯、管灯、吸顶灯、路灯、车灯等，并根据接口的规格不同有很多型号(部分灯具样品如下图)：2.构成——通常包括灯罩、LED灯板、散热器、驱动电源、接口、绝缘胶或套(一般用于金属散热器)等(如下图示)：二.LED散热器的作用及工作原理介绍散热器的主要作用是将LED芯片工作中产生的热量不断导出并散发到环境中，使芯片的温度保持在所要求的范围内，从而保证LED灯能够正常工作。
散热器的好坏主要取决于散热器的热阻，热阻越小，相同条件下LED灯结温越低，LED结温越低，芯片使用寿命就会越长。
散热器的热阻应该包括导热热阻和散热热阻两部分。
对于一定形状的散热器，导热热阻主要与散热器材料的导热系数有关，导热系数越大，导热热阻越小，导热效果越好;在一定环境条件下，散热热阻主要取决于散热器的散热面积以及散热器表面材料的辐射系数，散热面积越大、辐射系数越高，散热热阻越小，散热效果越好。
因此，LED灯具散热器必须具有一定的散热面积，同时制作散热器的材料必须具有一定的的导热性和较高的热辐射系数;另外，导热材料本身还应具有重量轻、易加工、价格低等特点。
三. 常见LED散热器不同材质介绍所谓LED散热器就是能够将LED芯片工作中产生的热量快速地导出并散发到环境中的一个元件，因此作为散热器仅具有一定的散热面积是不行的，制作散热器的材料必须具有一定的导热性，也就是要具有较高的热导率，才能将芯片产生的热量不断导出，并最终散到环境中;当然对于导热材料，除了导热性外，还应当具有比重小、价格低、强度高、容易加工等特点。
热管散热器的工作原理
热管散热器的工作原理热管散热器的工作原理，热管：是一种传热性极好的人工构件，常用的热管由三；⑴在真空状态下，液体的沸点降低；；⑵同种物质的汽化潜热比显热高的多；；⑶多孔毛细结构对液体的抽吸力可使液体流动；典型的构造和工作过程如右图所示：；与热源靠近的一段（蒸发段）内的液体吸热而蒸发，蒸；热管利用“相变”传热的原理与金属铜、铝等实体材料热管散热器的工作原理热管：是一种传热性极好的人工构件，常用的热管由三部分组成：主体为一根封闭的金属管，内部有少量工作介质和毛细结构，管内的空气及其他杂物必须排除在外。
热管工作时利用了三种物理学原理：⑴在真空状态下，液体的沸点降低；⑵同种物质的汽化潜热比显热高的多；⑶多孔毛细结构对液体的抽吸力可使液体流动。
典型的构造和工作过程如右图所示：与热源靠近的一段（蒸发段）内的液体吸热而蒸发，蒸汽携带汽化潜热经空腔流向另一段（冷凝段），汽体经管壁与外界冷媒体换热放出潜热而完成了传热任务，冷凝成液体，经毛细结构的抽吸力量或重力回流到蒸发段进入下一个工作循环。
金旗舰铜制散热器114*60 热管利用“相变”传热的原理与金属铜、铝等实体材料的天然传热方式完全不同。
热管的有效导热性是铜、铝等有色金属的成百上千倍，所以热管是传热领域的重大发明和科技成果，给人类社会带来巨大的实用价值。
热管散热器：利用热管技术能对许多老式散热器或换热产品和系统作重大的改进而产生出的新产品。
热管散热器就是这一方面的一个很好的典型。
散热器的热阻是由材料的导热性和体积内的有效面积决定的。
实体铝或铜散热器在体积达到0.006m3时，再加大其体积和面积也不能明显减小热阻了。
对于双面散热的分立半导体器件，风冷的全铜或全铝散热器的热阻只能达到0.04℃/W。
而热管散热器可达到0.01℃/W。
在自然对流冷却条件下，热管散热器比实体散热器的性能可提高十倍以上。
散热系统：热管问世以来，使电力电子装置的散热系统有了新的发展。
无论何种散热方式，其最终散热媒体是空气，其他都是中间环接。
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功率器件热管散热器介绍
随着功率器件如绝缘栅双极晶体管IGBT及电力电子设备的日趋流行向小型化、大功率和高精度方面发展，除了需要采用先进的元器件和设计新型先进的电子线路外，还需要缩小散热器的体积。
因此，通常使用的铝型材散热器或叉指型散热器就很难满足功率器件散热的要求。
热管是一种新型高效的传热元件，因为它利用了沸腾吸热和凝结放热两种最强烈的传热机理，因而表现出优异的传热特性，即传热效率高和沿轴向的等温特性好，其热耗散效率比同质量的铜散热器大2~3个数量级。
以热管为散热器件的热管散热器在功率电子设备中的应用是近年才发展起来的一种先进的
高效散热器件。
由于热管散热器具有体积小、重量轻、散热效率高等优点，既能提高大功率管的设计使用功率，大大地延长功率管的寿命，简化功率管的散热设计，又能减少功率电子设备的噪音，提高设备的可靠性，降低成本。
因此，热管散热器越来越受人们的重视。
1．热管的工作原理
热管是密闭封焊的蒸发冷却器件。
热管结构包括一个具有毛细管作用的吸液芯和小量能汽化的液体。
热量施加于热管的一端，引起液体蒸发，蒸汽流动到热管的另一端，在那里冷凝，释放出潜热。
然后，冷凝了的液体通过吸液芯，由毛细管作用流回蒸发端，完成循环如下图所示。
2．热管散热器的主要性能和参数
RGS-Z系列自冷式热管散热器(水平式)和RGS-F系列风冷式热管散热器(重力式) 的性能参数有：散热功率、热阻R Tf、等温性、管壁温升△Tfa、环境工作温度、寿命、安装方式等。
现将其中主要参数介绍如下；
(1)散热功率
当热管散热器加入热源功率Pc，管壁温升△Tfa不超过50℃时，此热源功率Pc即为该热管散热器的散热功率。
(2)热阻R Tf
当热管散热器加入热源功率的时候，管壁温度Tf和环境温度Ta之差与所加的热功率Pc之比为热管散热器的热阻R Tf，如下式。
热管散热器的热阻特性与型材和叉指型散热器的热阻特性相似。
在额定的散热功率范围内，热阻R Tf将随热源功率Pc的增加而略有下降，但基本上为一条平坦直线：
(3)等温性
在热管散热器的某—端(称加热端)加热源功率Pc，待热平衡后，另一端(称冷端)相对应的地方非常接近于热端的温度，此时，热管散热器的温度梯度相当小，也就是说热管散热器进入了热管工作状态。
(4)管壁温升△Tfa
在额定散热功率内，热管散热器管壁温升△Tfa将随热源功率增加而上外。
上升的规律可由下式表示。
在允许的范围内，只要热源功率不变，管壁温升是一定的：
(5)寿命
自热管散热器最后夹断封口到寿命结束的总时间称为热管散热器的寿命。
影响寿命的主要因素有两个，即产生不凝结气体和热管腔体的泄漏。
因为，热管是一种真空器件，它在气流量很小的情况下工作，微小的气体泄漏会导致热管散热器的失效，为了避免产生不凝结气体，必须选择适出的工作流体(工作介质)，并且要求热管壳体容器、工质液体、吸液材料相容性好。
这些已在热管散热器的设计制造中考虑了。
另外，以上部件的清洗也相当重要，否则将产生有害的杂质，并出现堵塞毛细网孔的现象。
在热管散热器制造中，只要注意消除以上这些影响寿命的因素，一般可以保证寿命在十万小时以上。
(6)环境工作温度
热管散热器的环境工作温度，视热管内充填的工质液体而定。
3 热管散热器的选用
热管散热器与铝型材散热器和叉指型散热器的选用方法大致相同。
根据设计要求，首先确定功率半导体器件的有关参数：P CM、T jM、T C和Rθj-c。
它们之间的关系如下式所示：
功率晶体管往往降额使用，一般不用它的最大管耗功率。
这时，管壳温度Tc由设计者自行确定。
原则上是每超过允许壳温一度，最大管耗功率则降低5％左右。
如果在满功率下使用，壳温不允许超过规定的温度(75℃)，这就要采取有效的散热措施，以保证壳温在75℃以下。
根据手册中给出的上述热参数，第一步先计算出所要选用的热管散热器的允许温升△Tfa，即
然后根据求得的△Tfa查出热管散热器手册中给出的功率温升曲线，再结合晶体管使用功率和允许壳温来选择合适的热管散热器。
热管散热器的热阻R Tf为：
再根据求得的热阻R Tf，查热管散热器手册中给出的热阻功率曲线，结合晶体管使用功耗和允许壳温、同样可以选择到合适的热管散热器。
例已知3DD11晶体管功耗为100W，最高环境温度55℃，在自然冷却状态工作时，应该选用哪一种型号的热管散热器比较适合?
解：(1)先查出3DD11晶体管的有关热参数：T jM＝1 75℃；Tc=75℃；P CM＝300W。
则可得：
(2)取晶体管与散热器的接触热阻
(3)可计算出所需要的热管散热器管壁允许温升为；
(4)根据△Tfa查热管散热器特性曲线。
由功率温升曲线知道，RGS-150-Z型热管散热器的管壁温升△Tfa＝33℃＜50℃，此时晶体管的壳温近似为33+55＝88℃，管能承受的功耗为；
根据以上计算，如果选用RGS-150-Z型热管散热器，在环境温度55℃时，3DD11管可以承受临界管耗功率。
RGS-200-Z型热管散热器的管壁温升△Tfa＝25℃＜50℃，管壳温度为25+55＝80℃，晶体管能承受的功耗为：
以上计算说明，选用RGS-200-Z型热管散热器不仅符合要求，而且还有较大的余量，是比较合适的。
4 热管散热器的应用
热管散热器主要可用作各种功率半导体器件的散热器，也可用作密封机箱、机柜和腔体的散热，特别多用于军用电子设备。
当散热功率为50W时，分别采用铝型材散热器和热管散热时，性能比较如下(自冷式)：
由表上可见，在同样的散热功率下，热管散热器的质量大约为铝型材散热器的三分之二，体积大约为五分之三，散热器的温度还降低了7℃左右。
另外，由于铝型材散热器采用自然冷却，因此，当散热功率大于200W时，就不适用了，而采用热管散热器能达到设计要求。
一台50A／5V低压大电流稳压电源，调整管GTR的管压降为5V，分别采用热管散热器和铝型材散热器时，其性能为：
由数据可见，同样容量的一台直流稳压电源，采用热管散热器将使整机质量减少了5Kg，体积缩小了4500cm3，使晶体管的壳温下降了5℃，并减少晶体管数量，降低了成本。
此外，由于减少并联晶体管的数量，使均流问题容易得到解决，因而电路的设计变得简单了。
由于有了热管散热器，使过去功率电子设备中大功率发热器件采用的水冷装置，现在可以直接用热管散热器来代替，取消了笨重复杂的水冷装置。
原来采用风冷散热器的功率电子器件改用热管散热器后，可在自然冷却状态下工作，大大减小了功率电子设备的噪音干扰，提高了设备的可靠性，取消了风源设备，使重量减轻。