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專家分享:器件的散熱設(shè)計(jì)

2012年03月16日 09:22 本站整理 作者:武曄卿 用戶評(píng)論(0

  常問(wèn)設(shè)計(jì)師“設(shè)計(jì)的板子做熱測(cè)試了沒(méi)有”,答曰“不用測(cè),我摸了一遍,這板子上沒(méi)有感覺(jué)燙的器件”。如此理解,大錯(cuò)矣。

  舉例說(shuō)明:某兩款筆記本電腦,本人親自用過(guò)的(為避免惹麻煩,不公布其名字),某款I(lǐng)廠家的鍵盤(pán),摸著溫溫的,不熱;另一款H廠家的,摸著鍵盤(pán)發(fā)燙。我暗忖之,到底這兩款哪家的散熱更好?

  I家的殼體不熱,兩種可能,一種是人家低功耗做得好,結(jié)溫也不高;第二種是散熱做得很差,結(jié)溫很高,但隔熱做得好,散不出來(lái),有燒毀的巨大風(fēng)險(xiǎn)。

  另一種H廠家的鍵盤(pán)發(fā)熱自然也是兩種可能,一是散熱做得好,結(jié)溫和殼溫差不很多,摸著外面很燙,但里面其實(shí)也就那樣了,問(wèn)題不大;第二種是外面熱,里面更熱,那才叫個(gè)怕怕。

  以上二均為一線大品牌(具體是哪兩家,親們,你們懂的,I是老牌的牌子,現(xiàn)在換成了L,H還在),我相信,他們都是很好的筆記本電腦,于是由此推理也就得出一個(gè)結(jié)論:?jiǎn)螐钠骷砻娴臏囟仁遣荒芘袛喑鼋Y(jié)溫的,而使器件燒壞的是結(jié)溫;因此單靠摸的手感來(lái)判斷器件值得做熱測(cè)試是錯(cuò)誤的。那到底該如何做呢?

  對(duì)MCU、驅(qū)動(dòng)器件、電源轉(zhuǎn)換器件、功率電阻、大功率的半導(dǎo)體分立元件、開(kāi)關(guān)器件類的能量消耗和轉(zhuǎn)換器件,熱測(cè)試都是必須的。不論外殼摸起來(lái)熱不熱。

  熱測(cè)試分兩種方式,接觸式和非接觸式,接觸式的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確,但測(cè)溫探頭會(huì)破壞一點(diǎn)器件的散熱性能,畢竟要緊貼器件表面影響散熱;非接觸式尤其是紅外測(cè)溫,誤差大,其測(cè)溫特點(diǎn)是只能測(cè)局部范圍內(nèi)的最高溫度點(diǎn)。

  但這些測(cè)試測(cè)出的僅僅是殼體表面溫度,結(jié)溫是不能被直接測(cè)得的,只能再通過(guò)

  △T = Rj * Q

  計(jì)算得出。其中,

  △T是硅片上的PN結(jié)到殼體表面的溫度差(Tj-Ts),Ts即是測(cè)得的殼體溫度,單位℃

  Rj是從PN結(jié)到殼體表面的熱阻,從器件的dadasheet上可以查到,單位℃/W

  Q是熱耗,單位W,對(duì)能量轉(zhuǎn)換類的器件,(1-轉(zhuǎn)換效率)*輸入功率就是熱耗,對(duì)非能量轉(zhuǎn)換器件,即一般功能性邏輯器件,輸入電功率約等于熱耗。

  如此,結(jié)溫可以很容易的推算得出,如果(結(jié)溫,輸入電功率)的靜態(tài)工作點(diǎn),超出了器件負(fù)荷特性曲線的要求(見(jiàn)本博客2010-08-30發(fā)表的《器件環(huán)境溫度與負(fù)荷特性曲線的常見(jiàn)錯(cuò)誤》),則該器件的熱設(shè)計(jì)必須重新來(lái)過(guò)。如此反復(fù)多次,直到器件的靜態(tài)工作點(diǎn)滿足負(fù)荷特性曲線的有效工作范圍,則熱設(shè)計(jì)和熱測(cè)試通過(guò)。

  另外曾有人問(wèn)我,我們傳導(dǎo)散熱都是采取加散熱片的方式加速散熱,可殼體表面加了散熱片,散熱片又有熱阻,豈不是加大了對(duì)散熱的阻礙?初看此問(wèn)題,愣怔片刻,似乎極其有理,但深究下可發(fā)現(xiàn)其中的問(wèn)題,熱阻不是僅僅有形的物體才有,無(wú)形的物質(zhì)照樣有熱阻,比如空氣。器件散熱到空氣中,其熱阻鏈路包括:

  PN結(jié)-殼表面的熱阻、

  殼表面到散熱片的接觸熱阻、

  散熱片本身的熱阻、

  散熱片表面到空氣的基礎(chǔ)熱阻、

  散熱片外的局部環(huán)境到遠(yuǎn)端機(jī)箱外的風(fēng)道的熱阻,

  加裝了散熱片后,從表面來(lái)看,散熱片的熱阻算是新增加進(jìn)來(lái)的,但如果不加的話,機(jī)殼將直接與空氣進(jìn)行熱交換,這兩者間的熱阻可就大大增加了,通過(guò)加了散熱片,加大了散熱面積,意思是說(shuō),其實(shí):

  殼-空氣之間接觸熱阻》》(殼-散熱片接觸熱阻+散熱片熱阻+散熱片-空氣的接觸熱阻)

  由此可以看出,加了散熱片,大大減小了散熱通道的總熱阻,仍然是對(duì)散熱有很大貢獻(xiàn)的。

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( 發(fā)表人:電子大兵 )

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