電力中的電子設備熱效應分析及應用

圖2 電子設備熱傳遞方式

7 熱設計應考慮的因素
⑴ 工作過程中，功率元件耗散的熱量。
⑵ 設備周圍的工作環(huán)境，通過導熱、對流和輻射的形式，將熱量傳遞給電子設備。
⑶ 設備與大氣環(huán)境產(chǎn)生相對運動時，各種摩擦引起的增溫。
⑷ 環(huán)境溫度和壓力（或高度）的極限值。
⑸ 環(huán)境溫度和壓力（或高度）的變化率。
⑹ 太陽或周圍物體的輻射熱。
⑺ 可利用的熱沉（包括：種類、溫度、壓力和濕度）。

8 熱設計的詳細步驟
⑴確定設備(或元器件)的散熱面積、散熱器或周圍空氣的極值環(huán)境溫度范圍。
⑵確定冷卻方式。
⑶對少量關鍵發(fā)熱元器件進行應力分析，確定其最高允許溫度和功耗，并對其失效率加以分析。
⑷按器件和設備的組裝形式，計算熱流密度。
⑸由器件內熱阻(查器件手冊)確定其最高表面溫度。
⑹確定器件表面到散熱器或空氣的總熱阻。
⑺根據(jù)熱流密度等因素對熱阻進行分析與分配，并對此加以評估，確定傳熱方法和冷卻技術。
⑻選定散熱方案。

9 熱設計分析

9．1主要電子元器件熱設計

⑴電阻器。電阻器的溫度與其形式、尺寸、功耗、安裝位置及方式、環(huán)境溫度有關，一般通過本身的輻射、對流和引出線兩端的金屬熱傳導來散熱，在正常環(huán)境溫度下，經(jīng)試驗得知，對功率小于0.5W的炭膜電阻，通過傳導散去的熱量占50%，對流散熱占40％，輻射散熱占10％。因此在裝配電阻器時，要使其引出線盡可能短，以減小熱阻，安裝方式應使其發(fā)熱量大的面垂直于對流氣體的通路，并加大與其他元器件之間的距離，以增加對流散熱效果，電阻器的表面涂以無光澤的粗糙漆，可提高輻射散熱能力。

⑵變壓器。鐵芯和線包是變壓器的熱源，傳導是其內部的主要傳熱途徑，因此要求鐵芯與支架，支架與固定面都要仔細加工，保證良好接觸，使其熱阻最小，同時在底板上應開通風孔，使氣流形成對流，在變壓器表面涂無光澤黑漆，以加強輻射散熱。

9．2模塊的熱設計

⑴模塊熱設計是使模塊在上述任一傳熱路徑上的熱阻足夠低，以保證元器件溫度不超過規(guī)定值，將界面溫度即散熱片或導軌的表面溫度控制在0℃～60℃。模塊的熱設計有兩類問題：根據(jù)模塊內部要求進行設計，包括界面溫度、功耗和元器件的許用溫度等；根據(jù)系統(tǒng)的環(huán)境、封裝、單個或組合的模塊功耗等要求，對整個系統(tǒng)進行熱設計。

⑵ 模塊內部的熱設計。為滿足電子模塊的可靠性要求，設計上必須保證模塊處于最大功耗時及在其額定界面溫度下，使所有元器件的溫度低于元器件的臨界溫度(即比有關規(guī)范規(guī)定的額定值的100%低20℃的溫度)。元器件的瞬態(tài)臨界溫度(指額定值)可看作安全因子，當散熱片和導軌溫度達到80℃(比最高界面溫度高20℃)時所有元器件的溫度應低于或等于元器件的瞬態(tài)臨界溫度。