如何做好一款電子產(chǎn)品的散熱系統(tǒng)

　　電子產(chǎn)品有效的功率輸出要比電路工作所需輸入的功率小得多。多余的功率大部分轉(zhuǎn)化為熱而耗散。當(dāng)前電子產(chǎn)品大多追求縮小尺寸、增加元器件密度，這種情況導(dǎo)致了熱量的集中，因此需要采用合理的熱設(shè)計(jì)手段，進(jìn)行有效的散熱，以便產(chǎn)品在規(guī)定的溫度極限內(nèi)工作。熱設(shè)計(jì)技術(shù)就是指利用熱的傳遞條件，通過(guò)冷卻措施控制電子產(chǎn)品內(nèi)部所有元器件的溫度，使其在產(chǎn)品所在的工作條件下，以不超過(guò)規(guī)定的最高溫度穩(wěn)定工作的設(shè)計(jì)技術(shù)。

　　一、電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)的目的

　　電子產(chǎn)品在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同程度的熱能，尤其是一些功耗較大的元器件，如變壓器、大功率晶體管、電力電子器件、大規(guī)模集成電路、功率損耗大的電阻等，實(shí)際上它們是一個(gè)熱源，會(huì)使產(chǎn)品的溫度升高。在溫度發(fā)生變化時(shí)，幾乎所有的材料都會(huì)出現(xiàn)膨脹或收縮現(xiàn)象，這種膨脹或收縮會(huì)引起零件間的配合、密封及內(nèi)部的應(yīng)力問(wèn)題。溫度不均引起的局部應(yīng)力集中是有害的，金屬結(jié)構(gòu)在加熱或冷卻循環(huán)作用下會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，從而導(dǎo)致金屬因疲勞而毀壞。另外，對(duì)于電子產(chǎn)品而言，元器件都有一定的工作溫度范圍，如果超過(guò)其溫度極限，會(huì)引起電子產(chǎn)品工作狀態(tài)的改變，縮短使用壽命，甚至損壞，導(dǎo)致電子產(chǎn)品不能穩(wěn)定、可靠地工作。電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)的主要目的就是通過(guò)合理的散熱設(shè)計(jì)，降低產(chǎn)品的工作溫度，控制電子產(chǎn)品內(nèi)部所有元器件的溫度，使其在所處的工作環(huán)境溫度下，以不超過(guò)規(guī)定的最高允許溫度正常工作，避免高溫導(dǎo)致故障，從而提高產(chǎn)品的可靠性。

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　　二、電子產(chǎn)品散熱系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　熱傳遞的三種基本方式是傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射，對(duì)應(yīng)的散熱方式為：傳導(dǎo)散熱、對(duì)流散熱和輻射散熱。

　　典型的散熱系統(tǒng)介紹如下：

　?。?）自然冷卻系統(tǒng)自然冷卻系統(tǒng)是指電子產(chǎn)品所產(chǎn)生的熱量通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射三種方式自然地散發(fā)到周圍的空氣中（環(huán)境溫度略微升高），再通過(guò)空調(diào)等其他設(shè)備降低環(huán)境溫度，達(dá)到散熱的目的。此類散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則是：盡可能減少傳遞熱阻，增加產(chǎn)品中的對(duì)流風(fēng)道和換熱面積，增大產(chǎn)品外表的輻射面積。自然冷卻是最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的冷卻方法，但散熱量不大，一般用于熱流密度不大的產(chǎn)品中。

　?。?）強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱系統(tǒng)強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱系統(tǒng)是指利用風(fēng)機(jī)等設(shè)備將冷空氣吹到產(chǎn)品表面或內(nèi)部，從而快速帶走熱量的散熱方式。強(qiáng)迫風(fēng)冷按照風(fēng)機(jī)的工作方式分為抽風(fēng)冷卻和吹風(fēng)冷卻。當(dāng)設(shè)備熱源分布均勻時(shí)采用抽風(fēng)冷卻，非均勻熱源采用吹風(fēng)冷卻。根據(jù)產(chǎn)品發(fā)熱量的大小，對(duì)所選的風(fēng)機(jī)及風(fēng)機(jī)的安排方式都有特別的要求（如氣流的流量、壓力、噪聲等）。按照空氣流經(jīng)發(fā)熱元器件的方向，強(qiáng)迫風(fēng)冷還可分為橫向通風(fēng)冷卻、縱向通風(fēng)冷卻和縱出通風(fēng)冷卻。橫向通風(fēng)冷卻就是冷空氣通過(guò)靜壓風(fēng)道再流向需散熱的元器件或散熱器，發(fā)生換熱后，熱空氣從設(shè)備的另一側(cè)排出?？v向通風(fēng)冷卻用于平行安裝的印制板組裝件等，空氣換熱后，熱空氣從產(chǎn)品的另一側(cè)排出?？v出通風(fēng)冷卻多用于垂直安裝的印制板組裝件等，空氣從下部進(jìn)入產(chǎn)品，熱空氣從上部排出。在設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)時(shí)，需合理布置各個(gè)發(fā)熱元器件，發(fā)熱少、耐溫差的元器件排在氣流的上游，然后按耐熱性由低到高排列，這種冷卻方式多用于發(fā)熱量不大的設(shè)備。自然冷卻和強(qiáng)迫風(fēng)冷都屬于直接冷卻方法，與間接冷卻方法相比，該類冷卻方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低，多用于熱流密度較高的產(chǎn)品。