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，這種情況導致了熱量的集中，因此需要采用合理的熱設計手段，進行有效的散熱，以便產(chǎn)品在規(guī)定的溫度極限內(nèi)工作。熱設計技術就是指利用熱的傳遞條件，通過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，以不超過規(guī)定的最高溫度穩(wěn)定工作的設計技術。

　　一、電子產(chǎn)品熱設計的目的

　　電子產(chǎn)品在工作時會產(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，實際上它們是一個熱源，會使產(chǎn)品的溫度升高。在溫度發(fā)生變化時，幾乎所有的材料都會出現(xiàn)膨脹或收縮現(xiàn)象，這種膨脹或收縮會引起零件間的配合、密封及內(nèi)部的應力問題。溫度不均引起的局部應力集中是有害的，金屬結(jié)構(gòu)在加熱或冷卻循環(huán)作用下會產(chǎn)生應力，從而導致金屬因疲勞而毀壞。另外，對于電子產(chǎn)品而言，元器件都有一定的工作溫度范圍，如果超過其溫度極限，會引起電子產(chǎn)品工作狀態(tài)的改變，縮短使用壽命，甚至損壞，導致電子產(chǎn)品不能穩(wěn)定、可靠地工作。電子產(chǎn)品熱設計的主要目的就是通過合理的散熱設計，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，以不超過規(guī)定的最高允許溫度正常工作，避免高溫導致故障，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)簡介

　　熱傳遞的三種基本方式是傳導、對流和輻射，對應的散熱方式為：傳導散熱、對流散熱和輻射散熱。

　　典型的散熱系統(tǒng)介紹如下：

　　（1）自然冷卻系統(tǒng)自然冷卻系統(tǒng)是指電子產(chǎn)品所產(chǎn)生的熱量通過傳導、對流、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），再通過空調(diào)等其他設備降低環(huán)境溫度，達到散熱的目的。此類散熱系統(tǒng)的設計原則是：盡可能減少傳遞熱阻，增加產(chǎn)品中的對流風道和換熱面積，增大產(chǎn)品外表的輻射面積。自然冷卻是最簡單、最經(jīng)濟的冷卻方法，但散熱量不大，一般用于熱流密度不大的產(chǎn)品中。

　?。?）強迫風冷散熱系統(tǒng)強迫風冷散熱系統(tǒng)是指利用風機等設備將冷空氣吹到產(chǎn)品表面或內(nèi)部，從而快速帶走熱量的散熱方式。強迫風冷按照風機的工作方式分為抽風冷卻和吹風冷卻。當設備熱源分布均勻時采用抽風冷卻，非均勻熱源采用吹風冷卻。根據(jù)產(chǎn)品發(fā)熱量的大小，對所選的風機及風機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，強迫風冷還可分為橫向通風冷卻、縱向通風冷卻和縱出通風冷卻。橫向通風冷卻就是冷空氣通過靜壓風道再流向需散熱的元器件或散熱器，發(fā)生換熱后，熱空氣從設備的另一側(cè)排出?？v向通風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出通風冷卻多用于垂直安裝的印制板組裝件等，空氣從下部進入產(chǎn)品，熱空氣從上部排出。在設計冷卻系統(tǒng)時，需合理布置各個發(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)熱量不大的設備。自然冷卻和強迫風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)簡單、設計簡單、成本低，多用于熱流密度較高的產(chǎn)品。