电子设备热设计PPT演示文稿
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电子设备热设计第三讲
电子设备热设计第三讲
▪ 散热器冷却方式的判据
▪ 对通风条件较好的场合：散热器表面的热流密度小于 0.039W/cm2，可采用自然风冷。
▪ 对通风条件较恶劣的场合：散热器表面的热流密度小 于0.024W/cm2，可采用自然风冷。
▪ 对通风条件较好的场合，散热器表面的热流密度大于 0.039W/cm2而小于0.078W/cm2，必须采用强迫风 冷。
▪ 自然冷却散热器表面的换热能力较弱，在散热齿表面 增加波纹不会对自然对流效果产生太大的影响，所以 建议散热齿表面不加波纹齿。
▪ 自然对流的散热器表面一般采用发黑处理，以增大散 热表面的辐射系数，强化辐射换热。
▪ 由于自然对流达到热平衡的时间较长，所以自然对流 散热器的基板及齿厚应足够，以抗击瞬时热负荷的冲 击，建议大于5mm以上。
types可由横切的方式产生各种形式的针状翅片 Limited by height-to-gap ratio and fin
thickness that can be achieved by machining 高宽比限制可高至6，使用特殊磨具设计可达10
电子设备热设计第三讲
肋片散热器的传热分析－假设
§
§① 肋片上任何一点的温度不随时间 变化；
§② 肋片材料的材质均匀，导热系数 为常数；
§③ 肋片与环境之间的对流换热表面 传热系数为常数；
§④ 周围环境流体的温度为常数； §⑤ 肋片仅在其高度方向有温度梯度； §⑥ 在肋片根部不存在接触热阻； §⑦ 肋片根部温度均匀且为常数； §⑧ 肋片内部无热源； §⑨ 忽略肋端面和侧面的对流换热。
➢采用针状齿的设计方式，增加流体的扰动，提高散热 齿间的对流换热系数。
➢当风速大于1m/s(200CFM)时，可完全忽略浮升力对 表面换热的影响。
▪ 散热器冷却方式的判据
▪ 对通风条件较好的场合：散热器表面的热流密度小于 0.039W/cm2，可采用自然风冷。
▪ 对通风条件较恶劣的场合：散热器表面的热流密度小 于0.024W/cm2，可采用自然风冷。
▪ 对通风条件较好的场合，散热器表面的热流密度大于 0.039W/cm2而小于0.078W/cm2，必须采用强迫风 冷。
▪ 自然冷却散热器表面的换热能力较弱，在散热齿表面 增加波纹不会对自然对流效果产生太大的影响，所以 建议散热齿表面不加波纹齿。
▪ 自然对流的散热器表面一般采用发黑处理，以增大散 热表面的辐射系数，强化辐射换热。
▪ 由于自然对流达到热平衡的时间较长，所以自然对流 散热器的基板及齿厚应足够，以抗击瞬时热负荷的冲 击，建议大于5mm以上。
types可由横切的方式产生各种形式的针状翅片 Limited by height-to-gap ratio and fin
thickness that can be achieved by machining 高宽比限制可高至6，使用特殊磨具设计可达10
电子设备热设计第三讲
肋片散热器的传热分析－假设
§
§① 肋片上任何一点的温度不随时间 变化；
§② 肋片材料的材质均匀，导热系数 为常数；
§③ 肋片与环境之间的对流换热表面 传热系数为常数；
§④ 周围环境流体的温度为常数； §⑤ 肋片仅在其高度方向有温度梯度； §⑥ 在肋片根部不存在接触热阻； §⑦ 肋片根部温度均匀且为常数； §⑧ 肋片内部无热源； §⑨ 忽略肋端面和侧面的对流换热。
➢采用针状齿的设计方式，增加流体的扰动，提高散热 齿间的对流换热系数。
➢当风速大于1m/s(200CFM)时，可完全忽略浮升力对 表面换热的影响。
电子组装工艺和设备第二章电子设备的热设计第1节概述-PPT文档资料
对流换热量的计算关系为：
Q t t F tF w f
Q—对流换热量；
tw、tf—壁面和流体的平均温度； F—换热面积，； α —平均对流换热系数，它表示当流体和 壁面的温度差为1℃时，在单位时间内单 位壁面面积和流体交换的热量，它的大小 说明对流换热的强弱。
将上式改写成
在流体和平板的温度不随时间变化 的情况下，整个的传热过程如下： 左边的热流体将热量首先传递给左 侧板面，然后此热量由左侧板面传递 给右侧板面，最后同一热量又由右侧 板面传递给冷流体，可以看作是一个 对流换热-导热-对流换热的综合过程， 从而实现了热量从热流体通过间壁传 递给冷流体的过程。
从热流体到左侧壁面的热传递属于对流换 热过程，其传递的热量为
热设计定义 就是根据传热学的基本原理,采取各种 散热手段，使设备的工作温度不超过其极 限温度，从而保证电子设备在预定的环境 条件下稳定可靠地工作。
热设计分类 按传热机理： 自然冷却 强迫冷却 液体冷却 蒸发冷却
冷却方法的选择 依据：热流密度、表面散热功率系数、 体积发热功率系数 热流密度：单位面积（1平方米）的截面内 单位时间（1秒）通过的热量。 表面散热功率系数：单位面积内所能散发 出去的功率大小。 体积发热功率系数：单位体积内发热功率 的大小。
KF F F 2 F 1
即它是三个热阻的串联， 热流体的对流换热热阻1/(1F)； 平壁的导热热δ /(λ F)； 冷流体的对流换热热阻1/(2F)
热的传递方式
热是物体的内能，称为热能。哪里有 温度差，哪里就有换热现象，就有热 量传递。热量总是自发地由高温物体 传向低温物体。 热能的传递方式主要有三种：热传导、 对流换热、辐射换热。
最新MotorCAD-Tianyuan电机热设计PPT教学讲义PPT
• 其特征性临床表现包括步态性共济失调、复视、 感觉障碍和构音障碍。其他非特异性的症状包括 眩晕、恶心、耳鸣、听力下降、认知功能障碍、 味觉障碍、假性延髓性麻痹、动作性震颤、眼球 震颤、痉挛性轻瘫、吞咽困难、额叶释放征等。
• 患者无体重减轻、发热、假性脑膜炎、淋巴结肿 大、葡萄膜炎、皮疹、关节炎、口腔或生殖器溃 疡等全身或局部症状。
6
主要内容
电机类型选择 几何参数设置 物理属性设置
仿真计算结果 电机参数化分析
7
几何参数设置
MotorCAD关于电机的几何参数设置主要包括两个部分：电机本体的
几何参数及绕组的几何参数。
8
电机本体参数设置
MotorCAD的参数输入非常简便，只需输入相关的几何尺寸，如电
机轴向参数、径向参数等，无需手动建模，非常适合工程实际使用
12
冷却方式
MotorCAD提供多种冷却方式，包括自然对流、强迫风冷、风道通风 、水套、内水冷、潜水、喷洒冷却等。
13
损耗
主要包括铜损、铁损、机械摩擦损耗等。可进行损耗分布设置。
14
材料属性设置
材料的属性设置包括热导率、比热、密度等参数，MotorCAD自带丰 富的材料库，可从材料库中直接选择材料参数。
26
参数化分析结果
27
绕组平均温度随槽数的变化曲线
28
精确的计算结果
阿尔斯通针对某型电机的温度仿真
29
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Thank you ！
30
CLIPPERS综合征
孙翠梅
概述
• 类固醇激素反应性慢性淋巴细胞性炎症伴脑桥血 管周围强化症(chronic lymphocytic inflammation with pontine perivascular enhancement responsive to steroids，CLIPPERS)是指在脑桥、 中脑及小脑血管周围以淋巴细胞浸润为主、对类 固醇激素治疗有效的慢性炎性疾病。
• 患者无体重减轻、发热、假性脑膜炎、淋巴结肿 大、葡萄膜炎、皮疹、关节炎、口腔或生殖器溃 疡等全身或局部症状。
6
主要内容
电机类型选择 几何参数设置 物理属性设置
仿真计算结果 电机参数化分析
7
几何参数设置
MotorCAD关于电机的几何参数设置主要包括两个部分：电机本体的
几何参数及绕组的几何参数。
8
电机本体参数设置
MotorCAD的参数输入非常简便，只需输入相关的几何尺寸，如电
机轴向参数、径向参数等，无需手动建模，非常适合工程实际使用
12
冷却方式
MotorCAD提供多种冷却方式，包括自然对流、强迫风冷、风道通风 、水套、内水冷、潜水、喷洒冷却等。
13
损耗
主要包括铜损、铁损、机械摩擦损耗等。可进行损耗分布设置。
14
材料属性设置
材料的属性设置包括热导率、比热、密度等参数，MotorCAD自带丰 富的材料库，可从材料库中直接选择材料参数。
26
参数化分析结果
27
绕组平均温度随槽数的变化曲线
28
精确的计算结果
阿尔斯通针对某型电机的温度仿真
29
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Thank you ！
30
CLIPPERS综合征
孙翠梅
概述
• 类固醇激素反应性慢性淋巴细胞性炎症伴脑桥血 管周围强化症(chronic lymphocytic inflammation with pontine perivascular enhancement responsive to steroids，CLIPPERS)是指在脑桥、 中脑及小脑血管周围以淋巴细胞浸润为主、对类 固醇激素治疗有效的慢性炎性疾病。
电子设备热控制技术西安电子科技大学五星-PPT精品
(w)
hc1 k t f1
tw2
hc2 tf2
肋
tw1
A2
壁
A1
传 热
t f1
tw1
tw2
tf2
tf 1tf 2 hc11A1kA1hc21A2
肋效率：
thml
ml
热阻
导热热阻 对流热阻 辐射热阻 接触传热
Rt k A (CW )
Rt hc 1A (CW)
R 1
t222kacbm 1sinm m2 (db)
t322ka 2m d 1n 1m sn i[n n m (d (cb ))s2 im (n n a (c b ))2]
2a--热源宽度，2b--窄条宽度，l--窄条长度 2d—窄条热源长度，2c—短条长度
辐射换热的基本定律
普朗克定律
四次方定律
基尔霍夫定律 实际物体的辐射和吸收
黑体的辐射
角系数
交叉线法
交叉线之 不 和交叉线之
F12
2表面 1断面的长度
有效辐射
Er1
E1
1
( 1
1
1)r1
平行平板间的辐射换热
12 5.67 xA t[1 (T 10 )4 0(1 T 20 )4]0
减小接触热阻的方法
在接触表面涂一薄层导热脂（膏） 加一薄紫铜片或延展好的高导热系数材料
提高界面间的接触压力 20N0 cm 2
加低熔点合金（铟合金）
导热的数值分析
有限差分法 有限元素法
有限差分法求解步骤
（1）构成差分格式
（2）讨论与该差分格式对应的线形代数方程 解的唯一性 （3）求解代数方程组，得到区域内的温度分布
开关电源的热设计PPT课件
Q KA TK L
R
L KA
• K-热导率
• A-截面积
散热设计
• L-导热路径长度 第12页/共43页
12
各种材料的热导率 材(W 料 /cm·铝ºC) 纯铜
热导率K
1.55
3.98
铁
三氧化二
铝
0.59
0.36
材料
塑料
水
空气
硅脂
热导率K
0.005
0.0067 0.00026 0.002
散热设计
接触热阻R(C-S) (oC/W)
加硅脂
无硅脂
0.24
0.33
0.28-0.30
0.30-0.32
0.4
0.8
0.60-0.61 0.97-1.04
0.30-0.31 0.65-0.68
0.5
0.46-0.49 1.00-1.16
散热设计
15
第15页/共43页
散热设计
RθJC Rsolder1
RDBC Rsolder2 Rheat-sink
3. 水冷式散热 器
对流换热系数为(2000) X 4.18 X 103 J/h.m2.K 是自冷式散热 器效率的150-300倍. 常用于额定电流在500A以上的器件中. 需解决好水质和凝露问题.
4. 沸腾式散热 器
5. 热管散热器
对流换热系数为(3000 -7000) X 4.18 X 103 J/h.m2.K 其等效 导热率相当于同几何尺寸实心铜导热率的380倍.
散热设计
1. 器件功耗 (1) 开关损耗 PS
(2) 通态损耗 PON
PS
UdIM 2
(ton
toff ) fS
电子产品热设计与工程案例分析PPT课件
解决热阻的办法，两方面入手： ➢ 控制电子元器件的内热阻 ➢ 控制电子元器件或整机设备的外热阻。
1.2 热源与热阻
热阻定义：Biblioteka RtT Q( K/W)
外热阻的控制方式： （1）散热
利用空气或液体作为冷却介质，靠自然对流或强制对流方式，带走耗热。 （2）制冷
利用热电冷却、固体升华过程吸热、液氮蒸发过程吸热等方式进行制冷，使设备工作环境温度低于 周围环境温度。 （3）恒温
图中Eb1和Eb2分别代表同温度下的表面1和表面2的黑体辐射力；J1和J2分别为表面1和表面2的有效辐射。
应用例：芯片封装
热阻的电网络模拟 从晶片传到外壳经过5个环节 • 晶片的热阻； • 晶片粘接剂（导热胶）热阻 • 基底(substrate)的热阻 • 基底粘接剂（焊锡）热阻 • 封装(package)的热阻
• 定义3——利用热传递特性，针对耗热对象，采用合适的结构设计和冷却技术，对其温升进行控制， 保证其正常、可靠工作。
1.1 准确认识热设计
➢ 热设计分科界定
（1）热设计（热结构） 在所处环境下，合理设计热传递结构、冷却方法，保障设备内所有元器件不超过最高允
许温度。
（2）热分析（热模拟） 利用数理模型，或通过计算机模拟，在设计阶段获得温度分布，预先发现产品的热缺陷，
自然对流
Nu c(GrPr)n
强迫对流
Rt
1
A
Nu cRemPrn
几个准则数的计算公式及物理意义：
努塞尔数： 雷诺数：
普朗特数： 格拉晓夫数：
Nu
L
对流换热 导热
Re
uL
惯性力 粘性力
Pr
cp
动量扩散 热量扩散
Gr
1.2 热源与热阻
热阻定义：Biblioteka RtT Q( K/W)
外热阻的控制方式： （1）散热
利用空气或液体作为冷却介质，靠自然对流或强制对流方式，带走耗热。 （2）制冷
利用热电冷却、固体升华过程吸热、液氮蒸发过程吸热等方式进行制冷，使设备工作环境温度低于 周围环境温度。 （3）恒温
图中Eb1和Eb2分别代表同温度下的表面1和表面2的黑体辐射力；J1和J2分别为表面1和表面2的有效辐射。
应用例：芯片封装
热阻的电网络模拟 从晶片传到外壳经过5个环节 • 晶片的热阻； • 晶片粘接剂（导热胶）热阻 • 基底(substrate)的热阻 • 基底粘接剂（焊锡）热阻 • 封装(package)的热阻
• 定义3——利用热传递特性，针对耗热对象，采用合适的结构设计和冷却技术，对其温升进行控制， 保证其正常、可靠工作。
1.1 准确认识热设计
➢ 热设计分科界定
（1）热设计（热结构） 在所处环境下，合理设计热传递结构、冷却方法，保障设备内所有元器件不超过最高允
许温度。
（2）热分析（热模拟） 利用数理模型，或通过计算机模拟，在设计阶段获得温度分布，预先发现产品的热缺陷，
自然对流
Nu c(GrPr)n
强迫对流
Rt
1
A
Nu cRemPrn
几个准则数的计算公式及物理意义：
努塞尔数： 雷诺数：
普朗特数： 格拉晓夫数：
Nu
L
对流换热 导热
Re
uL
惯性力 粘性力
Pr
cp
动量扩散 热量扩散
Gr
第二讲电子设备热设计方法
h1 h2
单位热阻或面积热阻
传热系数[Wm2K，] 是表征传热过程强烈程度的标尺，
不是物性参数，与过程有关。
33
热电模拟
热电模拟网络
利用热电模拟的概念，可以解决稳态和瞬态的 传热计算。恒温热源等效于理想的恒压源。恒 定的热流源等效为理想的电流源。导热、对流 和辐射换热的区域均可用热阻来处理。热沉等 效于“接地”，所有的热源和热回路均与其相 连接，形成热电模拟网络。
b. 强迫冷却（包括强迫风冷和强迫液体冷却等） c. 蒸发冷却 d. 热电致冷 e. 热管传热
38
f. 其它冷却方法
❖ 冷却方式的选择方法
➢ 确定冷却方法的原则
在所有的冷却方法中应优先考虑自然冷却，只有在自然冷却无法满 足散热要求时，才考虑其它冷却。
➢ 冷却方式的选择方法1:根据温升在40℃条件下各种冷却方式的热流
26
T1
T2
T14
T
4 2
q1 2(T14T24)
图 两黑体表面间的辐射换热
27
辐射换热计算方程
两物体表面之间的辐射换热计算公式为：
5.67AF12xt
xt
1
1 1
1
1T 01041T 0204
1 2
式中： T1、 T2 —— 物体1和物体2表面的绝对温度， K； ε1、 ε2 —— 物体1和物体2的表面黑度； εxt —— 系统黑度； A —— 物体辐射换热表面积， m2；
Δt —— 换热表面与流体的温差， ℃。
18
二、自然对流换热的简化计算
对在海平面采用空气自然冷却的多数电子元器 件或小型设备(任意方向的尺寸小于600mm)，可以 采用以下简化公式进行计算
/ A 2.5Ct1.25 / D0.25
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的密封垫界面接触形成密封结构；搭接界面，以
密封垫密封印制电路板端边的外表面，如图所示；
将有通道的印制电路板重叠在一起，四角用四个
螺栓夹紧，印制电路板之间用。O形密封圈进行密
封，如图所示。
3.
15
电子设备热设计
电子设备的强迫空气冷却 2.通风管道压力损失及结构设计
通风系统压力损失包括沿程阻力损失和局部 阻力损失两种。 沿程阻力是由气流相互运动产生的阻力及气 流与系统(或管道内壁)的摩擦所引起的损失。 局部阻力损失是气流方向发生变化或管道截 面发生突变引起的损失。
阻较பைடு நூலகம்的情况。
5.
由于热空气的密度较小，具有浮升力，因此
抽风机一般都安装在机柜顶部或上侧面，出风口
面向设备周围的大气。
6
电子设备热设计
电子设备的强迫空气冷却
1. 强迫空气冷却的基本形式 2. （2）整机抽风冷却 • 当各单元有热敏元件时，就需要有专用的抽风管
道。此时，上下各单元互不通气，如图(b)所示。 为防止灰尘吸人，可在进风口处装滤尘装置。
和辐射，传给盒壁，再由盒壁传到冷却空气，如 图所示。
4.
印制电路板上的电子元件安装高度相差比较
大时，应保证最高元件与屏蔽盒内壁之间的间隙
不小于23mm，否则将影响盒子内部的自然对流。
5.
11
外部对流
PCB
内部对流
外部辐射
内部辐射
12
电子设备热设计
电子设备的强迫空气冷却
1. 强迫空气冷却的基本形式
电子设备热设计
电子设备的强迫空气冷却 在一些电子设备中，存在大、中功率的集中热源 或功率密度很高的组装部件。如宽频带发射机的 发射管，其单个耗散功率都在千瓦以上；又如在 计算机等一些高组装密度的电子设备中，每块印 制电路板上整齐地安装了许多集成电路组件，虽 然各元件的功耗不大，但因集成度高，功率密度 也很高。对上述两种情况的散热，用自然对流散 热的方式难于满足要求，大多采用强迫空气冷却 的方法来实现控制设备温升的目的。
无鼓风管道两种形式。
4. 整机鼓风的特点是风压大，风量比较集
中。整机鼓风冷却通常用在单元内热量分布 不均匀，各单元需要专门风道冷却，风阻较 大，元件较多的情况下。
5. 整机鼓风冷却建议采用有风管的形式，
这样便于控制各单元的风量。
9
电子设备热设计
电子设备的强迫空气冷却
1. 强迫空气冷却的基本形式 2. 一般在强迫风冷时，辐射与自然对流散
空气入口
整机抽风冷却
5
电子设备热设计
电子设备的强迫空气冷却
1. 强迫空气冷却的基本形式
2. （2）整机抽风冷却
3.
抽风冷却主要适用于热量比较分散的整机或
机箱。热量经专门的风道直接排到设备周围的大
气中。
4.
抽风的特点是风量大，风压小，各部分风量
比较均匀。因此，整机抽风冷却常用在机柜中各
单元热量分布比较均匀，各元件需冷却表面的风
无鼓风管道两种形式。
4. 整机鼓风的特点是风压大，风量比较集
中。整机鼓风冷却通常用在单元内热量分布 不均匀，各单元需要专门风道冷却，风阻较 大，元件较多的情况下。
5. 整机鼓风冷却建议采用有风管的形式，
这样便于控制各单元的风量。
8
电子设备热设计
电子设备的强迫空气冷却
1. 强迫空气冷却的基本形式 2. （3）整机鼓风冷却 3. 整机鼓风冷却也可以分为有鼓风管道和
2. 有的电子设备，强迫通风时潮湿空气将影响印
制电路板的电气性能。因此，它们的技术条件规 定，不允许冷却空气直接与电子元器件或电子线 路接触，冷却空气通过由电子机箱壁形成的热交 换器，或通过由印制电路板背靠背形成的空心冷 却空气通道，如图所示。
3.
印制电路板用金属板或导热条作为导热材料，
这样可以缩短从电子元件至冷却空气的热流路径
16
电子设备热设计
电子设备的强迫空气冷却 2.通风管道压力损失及结构设计
沿程阻力 适当缩短管道长度，增加管道直径 局部阻力损失
17
1.5 0.5
0.05
0.1 3 0.15
18
电子设备热设计
1
电子设备热设计
电子设备的强迫空气冷却
1. 强迫空气冷却的基本形式 2. （1）单个电子元器件的强迫空气冷却 3. 在整机机柜中只有单个电子器件需要冷却时，
例如雷达发射机中的大功率磁控管、行波管、 调制管、阻尼二极管等需要集中风冷，其散热 计算可以根据发热器件结构形状和气流流动方 向与发热器件的相应关系，实际工程中常常利 用实验的方法确定其散热形式。
• 当机柜中部或顶部各单元需要风冷，但没有热
敏元件时，可不采用专用抽风管道的形式。为了 便于气流流通，机柜底板以及中层各底板均需要 开孔，开槽。为防止气流短路，只允许在机柜底 侧开百叶窗或通风孔等。
7
电子设备热设计
电子设备的强迫空气冷却
1. 强迫空气冷却的基本形式 2. （3）整机鼓风冷却 3. 整机鼓风冷却也可以分为有鼓风管道和
长度，减小元件的温升。印制电路板上元件的引
线不宜伸人空心通道，以免增加风阻。
13
进风道
PCB
出风道
插座
底板
引线处
14
电子设备热设计
电子设备的强迫空气冷却
1. 强迫空气冷却的基本形式
2.
空心印制电路板风冷设计的主要问题是密封。
要保证冷却空气不从印制电路板通道上泄露，有
三种常用的密封方法：锥形印制电路板边缘与软
热量约占总散热量的10％左右。
3.
10
电子设备热设计
电子设备的强迫空气冷却
1. 强迫空气冷却的基本形式 2. 一些大型电子设备(如计算机、载波通讯机等)，
采用了大量的印制电路板。
3. 为了提高电子线路对电磁干扰的屏蔽能力，常
常把印制电路板装在一个用金属板件制成的密封
小盒内，元件产生的热量通过盒内的对流、导热
电子设备的强迫空气冷却
1. 强迫空气冷却的基本形式 2. （1）整机抽风冷却 3. 整机的抽风可分为有风管和无风管两
种形式，如图
4. 抽风机可以装在机柜的后侧，也可以
放在机柜的两侧，视具体情况而定。风道 口的大小可根据每个分机或插箱的发热量 来确定。
4
抽风机
空气出口
抽风机 空气出口
密封机柜
空气入口
2
电子设备热设计
电子设备的强迫空气冷却
1. 强迫空气冷却的基本形式 2. （1）单个电子元器件的强迫空气冷却 3. 为了提高冷却效果，一般要设计一个
专用风道，把发热器件装入风道内。气流 沿发热器件轴线流动，因为有风道，为保 证气流在环行间隙通道中呈湍流状态，必 须设计一个比较适合的间隙。
3
电子设备热设计