热设计汇总
热设计总结
热设计总结目录一、热设计定义及相关特性 (3)1.1 什么叫热设计 (3)1.2 高温的影响 (3)1.3 热设计的目的 (3)1.4 热设计的三个层次 (3)1.5 热设计的基本概念 (4)二、热量传递 (6)2.1 导热 (6)2.1.1 Fourier导热公式 (6)2.1.2 导热(热传导)的机理 (6)2.1.3 增强热传导的主要措施 (6)2.2 对流 (7)2.2.1 Newton对流换热公式 (7)2.2.2 影响对流换热的因素 (7)2.2.3增强对流散热的主要措施 (7)2.3 辐射 (7)2.3.1 辐射4次方定律 (7)2.3.2 增强辐射散热的主要措施 (8)2.4 冷却方法 (8)2.4.1 冷却方法的选择原则 (8)2.4.2 选择冷却方法须考虑的因素 (8)2.4.3 确定冷却方法的原则 (8)三、对流散热风路及风道 (9)3.1 风路的设计原则 (9)3.2 自然冷却风路的设计原则 (9)3.3 强迫风冷风路的设计原则 (9)3.4 风道分类及特点 (10)3.5 风道设计布置的注意事项及原则 (10)四、散热器 (11)4.1 型材散热器的选择及设计原则 (11)4.2 散热器设计原则及注意事项 (11)五、风扇和噪声 (13)5.1 风扇 (13)5.1．1 风扇的种类 (13)5.1.2 风机选择 (13)5.1.3 吹风与抽风方式的选择原则 (13)5.1.4 风扇的安装原则 (14)5.2 噪声 (15)5.2.1 声压 (15)5.2.3 声级的合成运算 (16)5.2.4 声压级与声功率级的比较 (16)5.2.5 噪声控制 (17)5.2.6常用的噪声控制方法 (17)六、机箱的热设计 (18)七、热界面材料 (19)7.1 为什么要用热界面材料 (19)7.2 热界面材料的种类 (19)7.2.1 硅脂 (19)7.2.2 导热胶 (20)7.2.3 导热垫 (20)7.2.4 相变材料（相变导热膜） (20)7.2.5 导热双面胶带 (21)7.2.6 陶瓷基片 (21)7.2.7 云母 (22)八、测试 (22)8.1 测试环境 (22)8.2 温度测试的项目 (22)8.3 测试仪器 (23)8.4 热电偶 (24)九、热设计检查 (25)9.1 元器件的选择、排列与安装时的热设计 (25)9.2 PCB板的排列、安装时的热设计 (25)9.3 模块机箱的热设计 (25)9.4 机柜的热设计 (26)一、热设计定义及相关特性1.1 什么叫热设计热设计就是根据电子元器件的热特性和传热学的原理，采取各种结构措施控制电子设备的工作温度，使其在允许的温度范围之内。
热设计知识点梳理
热设计知识点梳理热设计是一门涉及热力学、传热学、流体力学等多个领域的学科，旨在通过合理的设计和控制来提高热系统的效率和可靠性。
在本文中，将对热设计中的几个重要知识点进行梳理和介绍。
一、热传导热传导是热设计中的基本概念之一。
它描述了热量在不同物质之间传递的方式。
热传导的主要机制是分子间的碰撞和能量传递。
常见的热传导方程为傅立叶热传导定律，即热流密度与温度梯度成正比。
掌握热传导的理论和计算方法对于热设计至关重要。
二、换热换热是指热量通过对流、辐射和传导等方式从一个物体传递到另一个物体的过程。
在热设计中，我们常常需要计算热传递率和温度分布，以确定合适的换热设备和参数。
流体力学和传热学是解决换热问题的基础。
同时，了解不同传热模式的特点和计算方法也是热设计工程师的必备知识。
三、热力学热力学是热设计中的另一个重要支柱。
它研究能量转化和热力平衡的规律，通过熵、焓等宏观参数来描述热系统的性质。
在热设计过程中，热力学方程和循环分析是常用的工具。
熟悉热力学基本原理和计算方法，能够帮助我们理解热系统的行为，优化设计方案。
四、热管技术热管是一种高效的热传导设备，具有快速、均匀和可控的热传递特点。
它由密封的金属外壳和工作介质组成，通过蒸发、冷凝、液体重力和毛细作用等机制来传递热量。
热管广泛应用于航空航天、电子器件散热等领域。
在热设计中，了解热管的工作原理和设计方法对于提高系统的散热效率和稳定性具有重要意义。
五、热管理热管理是指在热设计中采取控制和优化措施，以确保热系统稳定运行的过程。
热管理的目标是降低热耗散的能量损失，延长设备寿命，提高整体效率。
为实现这一目标，我们可以采用散热器、风扇、冷却液等散热装置，并结合热管技术和热传导原理进行系统设计。
熟悉热管理的方法和策略，可以提高热设计工作的效果和效率。
总结：热设计作为一门综合性学科，涵盖了热力学、传热学、流体力学等多个领域的知识。
在本文中，我们对热设计的几个重要知识点进行了梳理和介绍，包括热传导、换热、热力学、热管技术和热管理。
电子设备的自然冷却热设计规范汇总
电子设备的自然冷却热设计规范汇总1目的建立一个电子设备在自然冷却条件下的热设计规范，以保证设备内部的各个元器件如开关管、整流管、IPM模块、整流桥模块、变压器、滤波电感等的工作温度在规定的范围内，从而保证电子设备在设定的环境条件下稳定、安全、可靠的运行。
2 适用范围本热设计规范适用于自然冷却电子设备设计与开发，主要应用于以下几个方面：●机壳的选材●结构设计与布局●器件的选择●散热器的设计与选用●通风口的设计、风路设计●热路设计3 关键术语3.1 热环境设备或元器件的表面温度、外形及黑度，周围流体的种类、温度、压力及速度，每一个元器件的传热通路等情况3.2 热特性设备或元器件温升随热环境变化的特性，包括温度、压力和流量分布特征。
3.3导热系数(λ w/m.k)表征材料热传导性能的参数指标，它表明单位时间、单位面积、负的温度梯度下的导热量。
3.4 对流换热系数（α w/m2.k）对流换热系数反映了两种介质间对流换热过程的强弱，表明了当流体与壁面间的温差为1℃时，在单位时间通过单位面积的热量。
3.5 热阻(℃/w)反映介质或介质间传热能力的大小，表明了1W热量所引起的温升大小。
）3.6 雷诺数（Re雷诺数的大小反映了流体流动时的惯性力与粘滞力的相对大小，雷诺数是说明流体流态的一个相似准则。
)3.7 普朗特数(Pr普朗特数是说明流体物理性质对换热影响的相似准则。
)3.8 格拉晓夫数(Gr格拉晓夫数反映了流体所受的浮升力与粘滞力的相对大小，是说明自然对流换热强度的一个相似准则。
3.9 定性温度确定对流换热过程中流体物理性质参数的温度。
3.10肋片的效率表示某扩展表面单位面积所能传递的热量与同样条件下光壁所能传递的热量之比。
3.11黑度实际物体的辐射力和同温度下黑体的辐射力之比，它取决于物体种类、表面状况、表面温度及表面颜色。
3.12 外部环境温度的定义自冷时指距设备各主要表面80mm处的温度平均值；强迫风冷（使用风扇）时指距离空气入口80~200mm截面的温度平均值。
热设计基础知识及规范
目录第一章概述 ------------------ 2第二章热设计基础知识--------- 3第三章自然对流换热------------ 6第四章强迫对流换热-风扇冷却--- 9第五章单板元器件安全性热分析- 15第六章通信产品热设计步骤----- 20第一章概述1.1 热设计的目的采用适当可靠的方法控制产品内部所有电子元器件的温度，使其在所处的工作环境条件下不超过稳定运行要求的最高温度，以保证产品正常运行的安全性，长期运行的可靠性。
1.2 热设计的基本问题1.2.1 耗散的热量决定了温升，因此也决定了任一给定结构的温度；1.2.2 热量以导热、对流及辐射传递出去，每种形式传递的热量与其热阻成反比；1.2.3 热量、热阻和温度是热设计中的重要参数；1.2.4 所有的冷却系统应是最简单又最经济的，并适合于特定的电气和机械、环境条件，同时满足可靠性要求；1.2.5 热设计应与电气设计、结构设计、可靠性设计同时进行，当出现矛盾时，应进行权衡分析，折衷解决；1.2.6 热设计中允许有较大的误差；1.2.7 热设计应考虑的因素：包括结构与尺寸功耗产品的经济性与所要求的元器件的失效率相应的温度极限电路布局工作环境1.3 遵循的原则1.3.1热设计应与电气设计、结构设计同时进行，使热设计、结构设计、电气设计相互兼顾;1.3.2 热设计应遵循相应的国际、国内标准、行业标准;1.3.3 热设计应满足产品的可靠性要求，以保证设备内的元器件均能在设定的热环境中长期正常工作。
1.3.4 每个元器件的参数选择及安装位置及方式必须符合散热要求；1.3.5 在规定的使用期限内，冷却系统(如风扇等)的故障率应比组件的故障率低；1.3.6 在进行热设计时，应考虑相应的设计余量，以避免使用过程中因工况发生变化而引起的热耗散及流动阻力的增加。
1.3.7 热设计不能盲目加大散热余量，尽量使用自然对流或低转速风扇等可靠性高的冷却方式。
热设计优化布局
热设计优化布局技术
▪ 热设计优化布局的挑战与前景
1.热设计优化布局面临的主要挑战包括：复杂的热量传递过程 、大量的优化参数和多目标优化等。 2.随着计算机技术的发展和新型散热材料的出现，热设计优化 布局的前景广阔，有望在更多领域得到应用。
▪ 热设计优化布局的实例分析
1.以某型电子设备为例，介绍热设计优化布局的具体实施过程 和效果。 2.通过对比优化前后的温度变化和设备性能，证明热设计优化 布局的有效性。
热设计优化布局
热设计优化布局技术
热设计优化布局技术
热设计优化布局技术简介
1.热设计优化布局技术是一种通过优化设备或系统内部组件的 布局，以降低设备运行温度，提高其性能和可靠性的设计方法 。 2.通过合理的布局，可以有效地利用空间，减少热量聚集，提 高散热效率。
热设计优化布局的原理
1.热设计优化布局基于热力学原理、传热学理论和计算流体动 力学等技术。 2.通过分析设备内部的热量产生和传递过程，对组件进行合理 布局以达到最优散热效果。
热设计优化布局
总结与展望
总结与展望
热设计优化布局的总结
1.热设计优化布局的重要性：在系统工程中，热设计优化布局对于提高设备的性能和稳定性至关重 要。通过合理的布局设计，可以降低设备的工作温度，提高其可靠性和寿命。 2.热设计优化布局的方法：我们通过研究和实践，总结了多种有效的热设计优化布局方法，包括利 用仿真软件进行热分析、采用高效的散热材料和结构、优化设备内部的风道设计等。 3.热设计优化布局的实践成果：我们在多个项目中成功应用了热设计优化布局的方法，有效降低了 设备的工作温度，提高了设备的性能和可靠性，得到了客户的一致好评。
热设计优化布局
散热器件选择与布局
散热器件选择与布局
热设计知识介绍
热设计知识介绍生活中，我们的手机有死机的时候，汽车有电子产品故障的时候，是什么原因造成的呢？一个重要的原因是温度影响着产品的寿命与系统的可靠性。
温升过高，导致周围环境温度持续升高而不能有效控制，将会导致所有电子元器件故障率增高，整机寿命减少，系统可靠性无法得到保障。
有关热设计问题，本文做一简单的介绍，希望对我们工作有所帮助。
一、为什么要进行热设计高温对电子产品的影响：绝缘性能退化；元器件损坏；材料的热老化；低熔点焊缝开裂、焊点脱落。
二、热设计的基本问题电子设备的有效输出功率比所需的输入功率小得多，而这部分多余的功率则转化为热而耗散掉。
随着电子技术的发展，电子元器件和设备日趋小型化，使得设备的体积功率密度大大增加。
提供一条低热阻通路，保证热量顺利传递出去。
三、热设计的目标热设计应满足设备可靠性的要求；热设计应满足设备预期工作的热环境的要求；热设计应满足对冷却系统的限制要求；降低成本。
四、热设计应考虑的问题太阳辐射，灰尘、纤维微粒，寿命周期费用，热瞬变，维修性，水气的冷凝，冷却剂。
五、传热的基本原理凡有温差的地方就有热量的传递。
热量传递的两个基本规律是：---热量从高温区流向低温区；---高温区发出的热量必定等于低温区吸收的热量。
热量的传递过程可区分为稳定过程和不稳定过程两大类：---凡是物体中各点温度不随时间而变化的热传递过程称为稳定热传递过程；---反之则称为不稳定过程。
六、传热的基本方式导热、对流、辐射。
它们可以单独出现，也可能两种或三种形式同时出现。
七、导热机理气体导热是由气体分子不规则运动时相互碰撞的结果。
金属导体中的导热主要靠自由电子的运动来完成。
非导电固体中的导热是通过晶格结构的振动实现的。
液体中的导热机理主要靠弹性波的作用。
八、热设计三个常用措施：降耗、导热、布局降耗是不让热量产生；导热是把热量导走不产生影响；布局是热也没散掉但通过措施隔离热敏感器件；有点类似于电磁兼容方面针对发射源、传播路径、敏感设备的三个措施。
第2讲 热设计的基本知识
过滤装臵；
● 为提高对流换热程度，可在设备的适当位臵装紊流器。
21
常用冷却方法的设计要求
蒸发冷却：
● 保证沸腾过程处于核态沸腾； ● 冷却剂的沸点温度低于设备中发热元器件的最低允许工作温 度； ● 直接蒸发冷却时，电子元器件的安装应保证有足够的空间， 以利于气泡的形成和运动； ● 冷却液应粘度小、密度高、体积膨胀系数大、导热性能好， 且具有足够的绝缘性能； ● 封闭式蒸发冷却系统应有冷凝器，其二次冷却可用风冷或液 冷；冷却系统应易于维修。
12
常用冷却方法的选择及设计要求
电子设备的冷却方法包括自然冷却、强迫空气冷却、强迫 液体冷却、蒸发冷却、热电致冷(半导体致冷)、热管传热和其 它冷却方法（如导热模块－TCM技术、冷板技术，静电致冷等）。
其中自然冷却、强迫空气冷却、强迫液体冷却和蒸发冷却是常
用的冷却方法。
13
设计条件
冷却方法的确定
17
冷却方法的选择示例
由于体积功率密度很小，而热流密度值与自然空气冷却的
最大热流密度比较接近，所以不需要采取特殊的冷却方法，而 依靠空气自然对流冷却就足够了。 若采用强迫风冷，热流密度为3000W/m2，因此，采用风冷 时，可以把机柜表面积减小到0.1m2(自然冷却所需的表面积为
0.75m2)。
18
器件工作时内部的结温不能超过降额使用后允许的结温。
28
集成电路、晶体管、二极管结温与环境温度的关系
器 件 说 明 结温 TJ=TA+30
小功率 晶体管
中功率
小功率 二极管 中功率 门数不大于30或晶体管不大于120(不包括存储器) 集成电路 门数大于30或晶体管大于120(包括所有存储器) 低功耗TTL及 CMOS电路 门数不大于30或晶体管不大于120(不包括存储器) 门数不大于30或晶体管不大于120(不包括存储器)
最全热设计规范(2020版)
流 速[m/s] 流 动 方 向 上 的 长 度[m ]
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对流换热改善
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30
改善对流换热系数的措施
流体相变变化
流体在气体和液体之间变化
引起流动原因 流体流动形态 流体物理性质 传热面几何性质
强制对流和自然对流 层流和紊流 比热容、导热系数、密度、黏度 形状、大小
△t=Q R
2
结合公式1和公式2，得出热阻和导热系数的关系：
R= L / K A
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热传导改善
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10
热阻的影响因素
R= L / K A
减少热传路径长度
降低热阻
选用导热系数高的材料
增加导热面积
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散热片导热热阻模型
Ta
Ta
Ts
Ts
Tc
Tc
自然散热主要由两部分组成：辐射换热+自然对流。其中辐射换热占的 比例20~50%左右（跟物体温度及表面处理有关） 自然散热时，可以假设热交换系数10w/m2. ℃
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自然对流换热系数
竖直设置
水平设置向上
水平设置向下
姿势系数 代 表 长 度[m]
0.56 长度方向
0.52
0.26
Q ---- 传导散热量, W K ---- 导热系数, W/m·℃
A ---- 导体横截面积, m2
△t ---- 传热路径两端温差, ℃ L ---- 传热路径长度, m
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传导热阻的概念
由公式 Q = K A △t / L变形可得：
供热工程设计参数汇总
-35
2.4
西 宁
-13
1.7
哈尔滨
-26
3.4
乌鲁木齐
-23
1.3
沈 阳
-20
3.2
济 南
-7
3.0
长 春
-23
4.3
青 岛
-7
2.9
大 连
-12
6.3
拉 萨
-6
2.0
围护结构温差修正系数α
围护结构特征
α
与大气直接接触的外围护结构和地面
1.0
闷顶：无望板的瓦屋面、铁皮屋面石棉瓦屋面有望板的瓦屋面、铁皮屋面石棉瓦屋面有望板的屋面及防水卷材屋面
供热工程设计参数汇总
常用围护结构传热系数K（W/m2·℃）
名称
K
名称
K
外砖墙（内抹灰）一砖
2.08
实体木外门二层
2.33
外砖墙（内抹灰）一砖半
1.56
带玻璃的阳台门一层
5.82
外砖墙（内抹灰）二砖
1.27
带玻璃的阳台门二层
2.67
内砖墙半砖
2.30
外窗及天窗一层木框
5.82
内砖墙一砖
1.72
外窗及天窗二层木框
fg（％）
房间高度（m）
fg（％）
5678
2468
91011≥12
10121415
民用建筑每米、窗缝隙渗入的空气量L(m3/h·m)
风速（m /s）
1
2
3
4
5
6
单层木窗单层钢窗双层木窗双层钢窗门
1.00.80.70.62.0
2.51.81.81.35.0
3.52.82.52.07.0
最全的热设计基础知识及flotherm热仿真ppt课件
度（W/m·
K,此
处的K可用°C代替）。它是表征材料导热能力优劣
的物性参数。在30 °C时，空气的导热系数为
0.027 W/m·°C ，因此可以利用空气夹层来绝热，
通常把导热系数小于0.23 W/m·°C 的材料称为
绝热材料。
热传导
热传导
定义热流密度：
Q
q
A
W/m2
10
万
小
时
）
图2：电子产品故障主要原因
Figure 2: Major Causes of Electronics Failures
20%振动
55%温度
6%粉尘
19%潮湿
(Source : GEC Research)
资料来源：GEC研究院
(Source : US Air Force Avionics Integrity Program)
系，反映流体物理性质对对流传热过程的影响。
格拉晓夫数：Gr
L3V g T
2
浮升力
粘性力
它反映自然对流程度的特征数。 当格拉晓夫数相当大，
约 Gr>10E9 时，自然对流边界层就会失去稳定而从层
流状态转变为紊流状态 。所以格拉晓夫数Gr在自然对
流过程中的作用相当于雷诺数 Re 在受迫对流过程中的
0.05W/cm2 时有效 。强迫风
冷可使表面对流换热系数大
约提高一个数量级，如在允
许温差为100 ℃时，风冷最
大可能提供1W/cm2 的传热
能力。
电子设备冷却方法的选择
电子设备中常用的冷却方法能够达到的对流换热系数及表面热流密度值
如下表所示：
热设计相关知识课件
Rt
A
Q T Rt
K/W9Βιβλιοθήκη 2、常见的散热方式和相应的理论计算方法
2.2 对流换热
流动产生的原因自强然迫对对流流
流动性质
层流 湍流
牛顿冷却公式： Q AT
其中α为对流换热系数，单位W/(m2·K)，表征了换热表面的 平均对流换热能力。A为参与热交换的有效面积，△T为表面 温度与流体温度之差。
Graphics MicReD Division）
21
4、灯具散热设计时的注意事项
4.1 注意灯具中热源的传导路径，和总热阻值
尽可能的加大用来传导热量的部件截面积，注意 减少热传导路径中的热传导瓶颈点； 尽可能的把热源与主要散热部件进行直接连接，减 少热传导路径上的部件数量，从而减少了热源到散 热空间之间的热阻值，加快了热量的传递，减小了 热源与散热部件之间的温差。
17
3、LED光源热设计的相关信息
3.3.2 降低LED热阻的途径
A、需用较低的热阻芯片 B、最佳化热通道
（1）通道结构 *长度越短越好； *面积越大越好； *环节越少越好； *消除通道上的热传导瓶颈。
（2）通道材料的导热系数越大越好; （3）通道环节间的介面接触热阻紧密可靠。 C、强化电通道的导/散热功能 D、选用导/散热性能更高的散热材料
4
W/m2
注：上面两个公式中的温度均为绝对温度。
黑度ε（发射率）：取决于物体温度、种类和表面状况，与颜色无
关。
11
3、LED光源热设计的相关信息 3.1 LED 封装的组成
12
3、LED光源热设计的相关信息
13
3、LED光源热设计的相关信息
14
3、LED光源热设计的相关信息 3.2 LED 光源热学特性
热设计知识
热设计林小平热设计目录1 传热学基础 (1)1.1热传导 (1)1.2 热对流 (1)1.3 热辐射 (2)1.4增强散热的方式 (2)1.5 基本概念 (3)2 流体力学基础 (6)2.1 控制方程 (6)2.2准则参数 (7)3 散热方式 (8)3.1 自然冷却 (8)3.2 强迫空气冷却 (8)3.3 液体冷却方案 (8)3.4 冷板冷却 (9)3.5 热管 (9)3.6 热电冷却 (10)3.7 蒸发冷却 (10)3.8 相变冷却 (10)3.9 冷却方式选择 (11)4 热设计要点 (13)4.1 热设计的基本步骤和流程图 (13)4.2 热设计应考虑的问题 (14)4.3 热设计基本要求 (15)4.4 热设计基本原则 (16)5 常见热设计 (17)5.1 风冷设计 (17)5.2 液体冷却系统的设计 (21)5.3 冷板设计 (21)5.4 热管 (23)6 热仿真 (26)6.1 仿真模拟的求解过程 (26)6.2 软件结构 (27)6.3 边界条件 (28)7 热测试 (31)7.1 热测试概述 (31)7.2 热负载测试过程 (32)7.3热测试时的注意事项 (34)1.传热学基础热量传递的三种基本方式：导热、对流、辐射。
1.1热传导导热是在同一种介质中由于存在温度梯度所产生的传热现象。
Φ=λA∆T δ式中：Φ—热流量，W；λ—比例系数，热导率或导热系数，W/（m·K）；A —传导换热面积，m2；Δt —导热温差，℃或K；δ—厚度，m。
要想获得较为准确的热分析，首先得获得准确的材料的导热系数。
1.2 热对流热对流是指在流体中不同温度的东西之间有相对的位移产生时所引起的热量传递的过程。
自然对流是指因为流体存在密度的差异而导致的各物质间产生相对的运动；而强迫对流是因为机器（泵或风机）相对运动的影响或其他压力差所产生的。
Φc = h c ⋅A⋅∆t式中：Φc—热流量，W；hc —比例系数，称为对流传热系数,W/（m2·K）；A —换热面积,m2；Δt —流体与壁面的温差，℃或K；用于指代对流传热性能好坏的是对流传热系数。
硬件知识Thermal-热设计
硬件知识Thermal-热设计导语：电子产品中的器件将电能转化为热能，使温度上升。
虽然造成电子产品故障的原因很多,但高温是其中最主要的因素(其它依次为振动、潮湿、灰尘等)。
温度对电子产品可靠性的影响高达60%,温度降低,产品的可靠性及寿命就会增加，一个粗略的估算是温度每上升10℃，寿命降低一半。
必须加快散热速度,有效地控制产品的工作温度,使其不超过极限范围,并留足够的余量，以提高产品的可靠性并延长寿命。
在我们产品设计过程中时时刻刻都要注意温度的影响，比如选择电阻额定功率、电感额定电流、三极管的集电极耗散功率等等，归根结底都是为了控制温度对器件的影响。
对实际工作温度难以准确把握的，我们常常还要通过温度测量来保证设计的可靠性。
一、热设计基础知识1.热量传递的三种方式热量的传递有导热，对流换热及辐射换热三种方式。
在终端设备散热过程中，这三种方式都有发生。
三种传热方式传递的热量分别由以下公式计算：Fourier导热公式：Q=λA(Th-T c )/δNewton对流换热公式：Q=αA(Tw-Tair)辐射4次方定律：Q=εσA(Th^4-T c^4)其中λ、α、ε分别为导热系数，对流换热系数及表面的发射率，σ为波尔兹曼常数，A是换热面积。
·导热物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观例子的热运动而产生的热量传递称为导热。
导热过程中传递的热量按照Fourier导热定律计算：Q=λA(Th-Tc)/δ其中： A 为与热量传递方向垂直的面积，单位为m2;Th 与Tc 分别为高温与低温面的温度，δ为两个面之间的距离，单位为m。
λ为材料的导热系数，单位为W/(m*℃），表示了该材料导热能力的大小。
一般说，固体的导热系数大于液体，液体的大于气体。
例如常温下纯铜的导热系数高达400W/(m*℃），纯铝的导热系数为236W/(m*℃），水的导热系数为0.6W/(m*℃），而空气仅0.025W/(m*℃）左右。
热设计一百例
热设计一百例
例2 行波管阵的冷却设计与计算
1、技术参数要求 某行波管阵的功耗为 280 × 32 = 8.96kw ，工作环境温 度为 −40 — +50o C ，拟用冷板加液—气热交换器进行水冷， 冷板温度应低于 95o C 。
2、设计与计算 冷却系统组成如图2-1所示。采用封闭式循环液体冷 却，行波管分三组安装在三块冷板上，行波管产生的热 量传导给冷板，再由冷板将热量传给强迫对流的冷却液。
总压力损失 ： ∆P = ∆P + ∆P2 + ∆P3 = 119428 Pa 1 根据所选泵（20CQ-12）的特性曲线，可见流量的假设是对的。
例2 行波管阵的冷却设计与计算
（4）流体温差与温度 Φ 8960 ∆t1 = = = 6.58o C a. 冷板两端流体温升 Cmqm 4193× 0.325 b. 冷板两端流体取决于热交换器的两端温度 ① 热交换器管内换热系数 Nu = 0.023Re0.8 Pr 0.33 = 152
qv 0.333 ×10 v1 = = = 1.83m / s 2 Α 3 × 0.25 × 3.14 × d
例2 行波管阵的冷却设计与计算
v1 d 1 .8 3 × 8 .8 × 1 0 − 3 Re = = = 41828 −6 v 0 .3 8 5 × 1 0
压力损失 ∆P
2 其中: f = 0.025
例3 重力热管散热器设计
2.测试结果 （1）散热器功率为100瓦时，散热器在各种环境温度下的 热特性如表3-1所示。 （2）在各种散热功率下，散热器的温度分布。（如图3-4 所示）
例3 重力热管散热器设计
（6）确定冷凝端外部散热面积。根据冷却空气在散 热片通道内的流动状态，求出对流换热系数，其散热面 积为： Φ Af = h(Tw − T f ) 式中：Af ——散热总面积； Φ ——传热功率； Tw ——冷凝端壁温； T f ——冷却空气进出口平均温度； h ——对流换热系数.
热管理技术系列：可靠性热设计（附198项可靠性设计经验）
热管理技术系列：可靠性热设计（附198项可靠性设计经验）热设计是随着通讯和信息技术产业的发展而出现的一个较新的行业，且越来越被重视。
随着通讯和信息产品性能的不断提升和人们对于通讯和信息设备便携化和微型化要求的不断提升，信息设备的功耗不断上升，而体积趋于减小，高热流密度散热需求越来越迫切。
热设计是采用适当可靠的方法控制产品内部所有电子元器件的温度，使其在所处的工作环境条件下不超过稳定运行要求的最高温度，以保证产品正常运行的安全性，长期运行的可靠性。
此外，低温环境下控制加热量而使设备启动也是热可靠性的重要内容。
热设计目的控制电子产品内部所有电子元器件的温度，使其在产品所处的工作环境条件下不超过规定的最高允许温度，从而保证电子产品正常、可靠的工作。
热设计的基本问题设备的耗散的热量决定了温升，因此也决定了任一给定结构的温度；热量以导热、对流及辐射传递出去，每种形式传递的热量与其热阻成反比；热量、热阻和温度是热设计中的重要参数；所有的冷却系统应是最简单又最经济的，并适合于特定的电气和机械、环境条件，同时满足可靠性要求。
热设计应与电气设计、结构设计、可靠性设计同时进行，当出现矛盾时，应进行协调解决。
–电子设备的有效输出功率比所需的输入功率小得多，而这部分多余的功率则转化为热而耗散掉。
–随着电子技术的发展，电子元器件和设备日趋小型化，使得设备的体积功率密度大大增加。
–提供一条低热阻通路，保证热量顺利传递出去。
热设计基本术语(a) 热环境包括产品或元器件周围流体的种类、温度、压力及速度，表面温度、外形及黑度，每个元器件周围的传热通路等。
(b) 热流密度：单位面积的热流量。
(c) 体积功率密度：单位体积的热流量。
(d) 热阻：热量在热流路径上遇到的阻力。
(e) 热阻网络：热阻的串联、并联或混联形成的热流路径图。
(f) 冷板：利用单相流体强迫流动带走热量的一种换热器。
(g) 热沉：是一个无限大的热容器，其温度不随传递到它的热能大小而变化。
热设计规范总结
一、热设计概述1.目的：保证产品正常使用寿命的同时如何通过合理的散热设计来降低产品的尺寸与成本。
散热所需能耗最小、安全冗余2.范围：机壳材质的选择、系统的整体布局（发热元器件）、进出风口、风路热路、散热器风机内容：冷却方法的选择以及合理应用（导热、对流、辐射）、元器件的发热量以及温升3.流程：3.1输入：1.产品的使用环境（环温、气压、户内/户外、噪声、防护等级）2.主要发热元器件的构造、热路、常用散热方法、热物性参数3.产品的整体尺寸、总功耗4.竞争品的热设计评估（机壳材质的选择、系统的整体布局（发热元器件）、进出风口、风路热路、散热器风机）5.确定整体布局3.2热设计计算：1.冷却方法选择（内部&主风道&主要发热部件）热流密度&体积功率密度&温升自然冷却<0.31w/cm²、强迫冷却0.04-0.31w/cm²、热管2.温度限值条件可触及表面：金属70 ℃、塑胶95℃参考GB 4943.1例外情况：不会无意接触到、必须有警告标识设备：温升5-10℃或15-20 ℃（进出口温差）内部局部环温<70℃器件：参考GJBZ27-1992噪声：参考GB3096冗余设计3.3热仿真&优化设计：3.4热测试：3.5热设计评审：1.自然冷却：（导热&自然对流&辐射）传导：传热路径尽量短、传热界面尽量少、接触面积尽量大、足够的接触压力、合适的导热界面材料自然对流：环境风速<0.2m/s，扩展散热表面积（散热器设计）、增加温度差通风孔：有效风路（防止气流短路）底/侧进顶出进风口对准发热元件，出风口面积大于进风口面积1.1~1.2辐射：物体辐射：长波辐射表面辐射率高，保持光亮（减少吸收其他辐射）---粗糙度的要求增加表面积、增加温度差太阳辐射:（户外设备）短波辐射可见光0.4~0.76um红外线>0.76um紫外线<0.4um遮阳棚、遮阳罩、背阴面、表面涂层（参照-材料热物理性质）2.强迫风冷：（强迫对流散热）--最常用风道：有效风路（防止气流短路）底/侧进顶出尽量减少压力损失（截面积扩张/缩小、过多弯道）进出风口通风网孔：开孔率/当量直径大的孔风路的密封隔离防尘网（防护等级）：过滤效率、阻力、容尘量风机：风量&静压（PQ曲线）选型：风量计算风机参数：静压、流量、电压、电流、功率、防护等级、信号方式、调速方式、噪声（转速）等风机的串并联&最佳工作点（参见下页）噪声控制尽量选择转速较低的风机；转速控制；PQ后1/3（轴流）；进出风口避免障碍物；结构及安装强度、防护罩类型（钢丝网式或蜂窝网孔式）、避免风道的间隙、增加吸音棉（风速较高区域）工作环境及寿命：温度-20-70℃，防水、防尘、仿盐雾一般要求40℃，70000小时（每10℃，寿命减半）失效常用依据：不转或转速小于目标转速20%；噪声突然增大转速控制：进出风口或关键芯片温度；启停、两段、多段、线性控制2.强迫风冷：（强迫对流散热）--最常用风机：风量&静压（PQ曲线）风机的串并联最佳工作点（风压、风量、噪声）：轴流风机PQ曲线后1/3区间内风机安装风机与被冷却单板：＞0.5U（风机厚度）吹风2U,抽风1U进风空间（吹风）和出风空间（抽风）>1U风机与防尘网：>10mm吹风：热量分布不均匀，需要对局部区域集中冷却抽风：系统阻力较大的系统（影响风机实际寿命，出风口温度较高）散热器：参见强迫对流散热器计算降低发热元件与散热器的接触热阻（导热硅脂/导热垫）导热系数、热阻、使用温度（-40-150℃）、硬度可压缩性、击穿电压增加有效散热面积&对流换热系数热管散热器：（高效散热器，尺寸受限时）总结：总结：。
热设计
Chapter 41、器件：内热阻Rjc需要用内热阻将结与外部环境相联系。
器件的结—壳热阻Rjc 可按下式计算：max max j B jc t t R P -=式中： Rjc —— 结—外壳热阻， ℃ /W ；tjmax —— 最大结温， ℃；tB —— 器件的外壳基座温度， ℃；Pmax —— 最大功耗， W 。
Chapter51、印制板（PCB ）的自然冷却设计（散热能力增强）。
1）提高基板材料的导热能力2）采用金属化过孔提高PCB 的法向传热能力3）采用金属散热印制板4）器件在PCB 上的合理布局2、导热调试PCB 的最大温升()2248l t l x Aφλ∆=-式中：φl —— 单位长度热流量，W/m ；A —— 导热条横截面积，m2；λ—— 导热条材料导热系数，W/(m ·℃)；l —— 印制板长度，m ；x —— 印制板上任意点距中心的距离，m 。
3、机箱自然冷却散热量计算（公示不用记，各项怎么取？及其含义是什么？）对流，辐射，通风孔散热。
Chapter61、肋片效率及计算定义肋效率： 0f ηΦ=Φ肋片实际散热量＝按肋片基部温度计算的散热量 肋片效率的计算公式为：th()f mL mL η= 2、接触热阻：怎样减小及其定义⑴ 加大接触表面之间的压力⑵ 提高两个接触面的加工精度；⑶ 接触表面之间加导热衬垫或导热脂、导热膏等；⑷ 在结构强度许可的条件下，选用软的金属材料制作散热器 或器件的壳体。
定义：由接触表面不平整产生的热阻。
3、自然、强迫对流换热减小热阻的方法：自然对流：1）自然冷却散热器表面的换热能力较弱，在散热肋表面增加波纹 不会对自然对流效果产生太大的影响，所以建议散热肋表面不 加波纹齿。
2）自然对流的散热器表面一般采用发黑处理，以增大散热表面的黑度，强化辐射换热。
3）由于自然对流达到热平衡的时间较长，所以自然对流散热器的基板及肋厚应足够，以抗击瞬时热负荷的冲击，建议大于5mm 以上。
热设计的基础知识
2 热设计的基础知识2.1基本术语2.1.1 热环境设备或元器件的表面温度、外形及黑度，周围流体的种类、温度、压力及速度，每一个元器件的传热通路等情况2.1.2 热特性设备或元器件温升随热环境变化的特性，包括温度、压力和流量分布特征。
2.1.3 热阻热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力的大小，表明了1W热量所引起的温升大小，单位为℃/W或K/W，可分为导热热阻，对流热阻，辐射热阻及接触热阻四类（热扩展效应）2.1.4 导热系数表征材料导热性能的参数指标，它表明单位时间、单位面积、负的温度梯度下的导热量，单位为W/m.K或W/m.℃2.1.5 对流换热系数反映两种介质间对流换热过程的强弱，表明当流体与壁面的温差为1 ℃时，在单位时间通过单位面积的热量，单位为W/m2.K或W/m2.℃2.1.6 流阻反映流体流过某一通道时所产生的压力差。
单位帕斯卡或mm.H2O或巴2.1.7 定性温度确定对流换热过程中流体物理性质参数的温度2.1.8 肋片的效率表示某一扩展表面单位面积所能传递的热量与在同样条件下光壁所能传递的热量之比2.1.9 黑度实际物体的辐射力和同温度下黑体的辐射力之比，它取决于物体种类、表面状况、表面温度及表面颜色。
2.1.10 雷诺数R e(Reynlods)雷诺数的大小反映了流体流动时的惯性力与粘滞力的相对大小，雷诺数是说明流体流态的一个相似准则。
2.1.11普朗特数P r(Prandtl)普朗特数是说明流体物理性质对换热影响的相似准则。
2.1.12 格拉晓夫数G r(Grashof)格拉晓夫数反映了流体所受的浮升力与粘滞力的相对大小，是说明自然对流换热强度的一个相似准则，G r越大，表面流体所受的浮升力越大，流体的自然对流能力越强。
2.1.13努谢尔特数N u(Nusseltl)反映出同一流体在不同情况下的对流换热强弱，是一个说明对流换热强弱的相似准则。
2.1.14 传热单元数NTU为无因次量，其数值反映了在给定条件下所需传热面积的大小，是一个反映冷板散热器综合技术经济性能的指标。
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逆变器IGBT损耗计算及冷却装置设计_白保东逆变器中IGBT模块的损耗计算及其散热系统设计_杜毅逆变焊机中IGBT散热及过热保护技术的研究_任志远IGBT满负荷工作时,将产生较高的功率损耗密度。
散热器设计要求将IGBT功耗转化的热量迅速而可靠地从基板传送到散热器上散掉,确保IGBT的最高工作结温Tj不超过最高允许温度125℃。
散热能力越强,器件所能承受的功率就越大,而器件的散热能力取决于它的热传导特性。
为了更清楚地说明IGBT散热器的设计,介绍以下几个表达式。
根据逆变焊机长时间大电流工作的情况,选定最恶劣情况时的环境温度TA和IGBT额定功耗P,从上式可求得所设计的散热器到周围空气的热阻QαA,而Qjc和Qcs都是确定的。
从散热器手册中根据求得的热阻QαA选定散热器的尺寸和散热面积。
为减小热阻,通常在IGBT模块基板与散热器界面之间涂上导热硅脂,外加轴流风机来帮助散热,提高IGBT的耗散功率。
变频器中的IGBT模块损耗计算及散热系统设计_胡建辉变频器散热系统的设计包括三个方面，首先根据负载情况求取功率器件的损耗，并预取散热器热阻，然后通过热阻等效电路求取散热器与功率器件各点的温度，最后根据各点的温升，以及实际环境条件，确定最终的散热方案3.1 散热系统的热阻等效电路本文采用热阻等效电路的形式分析散热系统热阻，将散热系统的损耗功率等效为电流源，热阻产生的温差等效为电压，热阻等效为电阻，如图1 所示。
目前技术条件下，常规的IGBT散热方式主要有3种：肋片散热、热管散热和液冷散热，其中肋片散热和热管散热主要采用强迫风冷的方法，而液冷散热主要采用液体（水与乙二醇的混合物）循环系统冷却。
肋片散热器结构紧凑，体积适中，导热稳定，但需要附带辅助风道，对风机性能要求较高，且风机在运行时容易产生严重的噪声污染；而热管散热器体积较大，结构笨重，安装和拆卸困难，但散热能力较肋片散热器要好。
相比之下，液冷散热器的散热能力最强，但需要附带复杂的冷却液循环系统，同时对系统密封性要求甚高，一旦散热器或者管道出现冷却液泄漏将会造成主变流器电气短路等严重后果。
一般对于单个IGBT模块而言，在发热量小于900 W时可选用肋片散热，900～1 200 W时可选用热管散热，大于1 200 W时应选用液冷散热。
以铝肋片散热器为例建立工程传热学模型，取散热器基板厚度b=18 mm，设肋片表面风速v=10 m/s，肋片长度l=0.14 m，IGBT的最高结温为125℃，为了保证IGBT 正常工作，其基板温度应控制在85℃以下，故设功率器件热设计及散热器的优化设计_付桂翠对于一般的功率器件，在生产工艺阶段，就要充分考虑器件内部、封装和管壳的热设计，当功率器件功耗较大时，依靠器件本身的散热（芯片、封装及管壳的热设计）并不能够满足散热要求。
功率器件结温可能会超出安全结温，此时需要安装合适的散热器，通过散热器有效散热，保证器件结温在安全结温之内且能长期正常可靠的工作。
各种功率器件的内热阻不同，安装散热器时由于接触面和安装力矩的不同，会导致功率器件与散热器之间的接触热阻不同。
选择散热器的主要依据是散热器热阻RTf。
在不同的环境条件下，功率器件的散热情况也不同。
因此选择合适散热器还要考虑环境因素、散热器与功率器件的匹配情况以及整个电子设备的大小、重量等因素。
功率器件热设计和散热器优化设计方案示于图2。
首先根据功率器件正常工作时的性能参数和环境参数，如环境温度、器件功耗和结温等，计算功率器件结温是否工作在安全结温之内，判断是否需要安装散热器进行散热，如功率器件需安装散热器进行散热，计算相应的散热器热阻，初选一散热器；重新计算功率器件结温，判断功率器件结温是否在安全结温之内，所选散热器是否满足要求；对于符合要求的散热器，应根据实际工程需要进行优化设计。
高压变频器的散热器选择与性能研究_董赫伦2.2 散热器选择及校核散热器在散热过程中，热量从发热元件传递到散热片，再从散热片传递到空气中。
散热片间距、厚度、高度是影响散热效果的关键尺寸。
散热片的间距过大会降低总的散热面积，散热片间距过小，则会增大冷却气体阻力，散热片过厚，占用散热基板过大的面积使得散热片数目减少，同样影响散热片总面积，散热片过薄，则热量难以从散热板传递到散热片，散热片越高，散热片效率越低。
散热良好的散热片其散热片间距和厚度以及散热片高度的尺寸必然是良好的匹配的。
2.2.1 计算热阻及散热器的选择高频大功率开关电源结构的热设计_何文志本文把开关电源的热设计分为电路级与系统级两个阶段。
首先进行电路级热设计，其目的是控制电路的总发热量。
通过选用合适的电路拓扑与控制技术，例如移相全桥电路、同步整流技术和软开关技术，并选择低损耗的元器件，尽量减少电路的损耗，以提高整机的运行效率，最后计算各功率器件的损耗，掌握电源的整体热量分布。
完成电路级设计后，进入系统级热设计阶段。
系统级热设计的要求是尽量减少系统内部结构设计对系统工作的影响，系统所产生的热量需及时散热，保证系统工作在允许的温度范围内。
系统级热设计的基本原则如下：（1）根据电路损耗确定各部件的位置。
（2）尽量减少引线长度：一方面是降低引线损耗，另一方面是减少电磁干扰。
（3）在有限的空间内，各部件便于安装与拆卸。
（4）在满足散热要求的前提下，尽量选用体积较小的散热器与风扇，以减小电源体积。
目前常用的散热方式有三种：①自然对流散热，这是一种利用空气温度差引起对流换热的基本散热方式，适合小功率密度的电子产品；②强迫风冷散热方式，适用于功率密度较大的系统，或自然对流满足不了散热需要的场合；③液冷散热方式，其散热效果比强迫风冷还要好，但需要外加液体泵，系统复杂，维护困难，成本高，主要适用于功率密度大，且设备空间小的产品。
因此，对于功率等级为数百瓦到数百千瓦的开关电源，适合采用强迫风冷进行散热。
在开关电源中，每个功率器件都是热源，其功耗转化为热量，传递到散热器，风机迫使空气快速流过散热器，带走其中的热量，空气升温并离开电源进入环境，从而把器件的发热量带出系统，因而采用强迫风冷的热设计可以归结为散热器和风机设计，电源热设计基本流程可总结为：（1）电路功耗分布分析。
（2）散热方式及结构设计。
（3）风机及散热器的选择。
（4）热分析软件仿真及优化。
（5）实验验证从表 1 可见，电源满载运行时的总功耗达3 149W，故自然对流散热方式无法满足散热要求，需采用风机进行强制对流散热，以保证功率器件不会因温度过高而失效，并确保器件所在散热片的底板温度不超过70℃[14]。
由于变压器的损耗相对较小且变压器与空气有较大的接触面积，因此将变压器置于足够通风的环境中就可以限制其温升。
为了使热量均匀分布，结合图1 所示的电路原理图和损耗计算结果（见表1），可将输入整流桥和逆变电路安装在同一块散热器上，而将输出整流二极管安装在另一块散热器上。
并将电源内部分为两个部分：其中输入整流桥与逆变电路归结为电源逆变部分，输出滤波电路以及变压器归结为整流部分。
由于两个散热器是独立的，且单独配置专门的风机，因此两个部分在散热方面的相互影响很小，风机和散热器可以分别设计。
下文以逆变部分的热设计为例进行介绍，整流部分的设计与之类似。
逆变部分结构模型如图2 所示，设计要点如下：（1）将发热量较大的两个IGBT 模块摆放在靠近进风口的位置，以获得更好的散热效果。
（2）将隔直电容Cb放置于两个IGBT 模块的中间，既满足了IGBT 模块的间距要求，又使得逆变电路两输出端尽量靠近，减少对系统的电磁干扰。
（3）采用独立风机散热。
（4）将控制盒放置于IGBT 模块及为其供电的辅助变压器的正上方，一方面令控制板靠近IGBT以减少引线长度；另一方面使控制板远离风扇，减少由风扇工作造成的机械振动干扰。
3.2.3 散热器设计逆变部分的散热器主要为两个IGBT 模块与1个三相整流桥模块散热，模块直接安装在散热器上。
为了确定散热器的尺寸，首先要得到所需的散热器热阻。
散热器热阻与器件功耗之间的关系为：为了简化散热器热阻的分析，假设功率器件长度Lm等于散热器长度L，功率器件宽度Wm 小于散热器宽度W，即Lm=L、Wm＜W。
散热器的结构如图3a 所示，其等效热阻模型如图3b 所示。
根据功率器件的摆放位置，散热器分成三个部分：其中热源（即功率器件）覆盖下的散热器作为一部分，包括n1个翅片；热源两边的散热器作为另外两部分，分别包n2、n3个翅片600AIGBT开关电路及其散热系统设计_刘卫散热器的形式一般有普通型材散热器、水冷散热器和热管散热器等几种。
散热器的冷却形式有自然冷却和强迫风冷2种形式。
选择散热器在满足散热要求条件的情况下,要综合考虑使用环境和成本等因素。
由于散热器的热阻与散热器表面的风速有很大的关系,因此,强迫风冷结构的形式十分重要。
实际中,将IGBT等发热量较大的器件和散热器与其它控制电路隔离开,并形成一个专门的风道,在整个风道内通过抽流风机进行抽风,并保证足够大的风速,从而使散热器环境温度不会因散热热量的聚集而升高。
尽管如此,散热器表面的温度仍然较高,于是采取了在散热器背面加装散热风机的措施,尽可能增加散热器表面的风速,增强空气对流效果。
实践证明,采用这种双重强迫风冷的方法,使散热器达到了最佳的散热效果。
1700W光伏并网逆变器功率系统设计_华治宇SVG产品的散热研究及实用设计_朱卫东2. 3散热器及散热方式的选取散热器的作用是将电子元器件产生的热量及时有效地散发到外部环境中,保证电子元器件在安全的温度下工作。
散热器的形式多种多样,但像IGBT这类元器件,需要安装在较大平面的底板上,比较适合插齿式及压合式散热器。
此类散热器的特点是一面是较平的底面,适合安装元器件,另一面是由间距较小的薄片构成的插齿。
元器件将热量传递到散热器的底面上,热量在底面上妒散传播,热量通过传导最终到达插齿表面,然后通过流动的空气将热量带走,当热量的传递速度与空气将热量带走的速度达到平衡时,温度便趋于稳定。
散热器在这一过程中起到传递热量的作用,比如在热量传递过程中,散热器的热阻影响热量传递的快慢,在散热过程中,散热器的面积影响空气带走热量的多少,可见,散热器虽然在散热过程中起到了至关重要的作用,但绝不是唯一因素。
2.3.1主要的散热方法1.自然散热自然散热适用于功率不大、热耗不高的电子产品中,特点是成本低、可靠性高、并且没有噪音。
电子元器件通过热传导将热量传至散热器,再通过自然对流和福射将热量传递到周围的介质(空气、水),使产品得以冷却。
釆用自然散热方式时,适当在设备上增设通风口有利于热量的传递。
通风孔的开设要有利于气流形成有效的自然对流通道,进风孔应尽量对准发热元器件,进风孔与出风孔要远离,应该开在温差较大的相应位置,进风孔位置尽低,出风孔位置尽量高,通风孔要注意防尘和电磁泄漏。