熱設(shè)計(jì)的有關(guān)概念
（1）熱設(shè)計(jì)
利用熱傳遞特性通過(guò)冷卻裝置控制電子設(shè)備內(nèi)部所有電子元器件的溫度，使其在設(shè)備內(nèi)所處的工作環(huán)境條件下，不超過(guò)規(guī)定的最高允許溫度的設(shè)計(jì)技術(shù)。
（2）熱評(píng)估：評(píng)估電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)是否合理的方法和手段。
（3）熱分析
又稱(chēng)熱模擬，是利用數(shù)學(xué)的手段，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)階段獲得溫度分布的方法，它可以使電子設(shè)備設(shè)計(jì)人員和可靠性設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)初期就能發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的熱缺陷，從而改進(jìn)其設(shè)計(jì)，為提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性及可靠性提供有力保障。
（4）熱試驗(yàn)：將電子設(shè)備置于模擬的熱環(huán)境中，測(cè)量其溫度或溫度分布。
（5） 熱流密度
單位面積的熱流量。
（6） 體積功率密度
單位體積的熱流量。
（7） 熱阻
熱量在熱流路徑上遇到的阻力（內(nèi)熱阻、外熱阻、系統(tǒng)熱阻） 。溫差越大，熱流量就越大。△T＝RQ 熱阻的單位是℃/W。
（8） 熱阻網(wǎng)絡(luò)
熱阻的串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)形成的熱流路徑圖。
（9）功耗
電子設(shè)備工作時(shí)需要電功率，因?yàn)樵骷⒎峭耆行?，因而有不少功率轉(zhuǎn)換成熱。如果找不到一條通路來(lái)散熱，溫度就會(huì)升高。最重要的熱流量是功耗。
（10） 冷板
利用單相流體強(qiáng)迫流動(dòng)帶走熱量的一種換熱器。
（11）熱沉
是一個(gè)無(wú)限大的熱容器，其溫度不隨傳遞到它的熱能大小而變化。它可能是大地、大氣、大體積的水或宇宙等。又稱(chēng)熱地。也稱(chēng)“最終散熱器”。Heat Sink
2. 熱設(shè)計(jì)的方法
電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)應(yīng)首先根據(jù)設(shè)備的可靠性指標(biāo)及設(shè)備所處的環(huán)境條件確定熱設(shè)計(jì)目標(biāo)，熱設(shè)計(jì)目標(biāo)一般為設(shè)備內(nèi)部元器件允許的最高溫度，根據(jù)熱設(shè)計(jì)目標(biāo)及設(shè)備的結(jié)構(gòu)、體積、重量等要求進(jìn)行熱設(shè)計(jì)，主要包括冷卻方法的選擇、元器件的安裝與布局、印制電路板散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和機(jī)箱散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。常見(jiàn)的熱設(shè)計(jì)流程見(jiàn)圖所示。
熱設(shè)計(jì)目標(biāo)的確定： 熱設(shè)計(jì)目標(biāo)通常根據(jù)設(shè)備的可靠性指標(biāo)與設(shè)備的工作環(huán)境條件來(lái)確定，已知設(shè)備的可靠性指標(biāo)，依據(jù)GJB/ 299B－1998《電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)》中元器件失效率與工作溫度之間的關(guān)系，可以計(jì)算出元器件允許的最高工作溫度，此溫度即為熱設(shè)計(jì)目標(biāo)。工程上為簡(jiǎn)便計(jì)算，通常采用元器件經(jīng)降額設(shè)計(jì)后允許的最高溫度值做為熱設(shè)計(jì)目標(biāo)。
工程上為簡(jiǎn)便計(jì)算，通常采用元器件經(jīng)降額設(shè)計(jì)后允許的最高溫度值做為熱設(shè)計(jì)目標(biāo)。
降額參數(shù) 降 額 等 級(jí)
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
頻 率 0.80 0.90 0.90
輸出電流 0.80 0.90 0.90
最高結(jié)溫℃ 85 100 115
常用冷卻方法的選擇和設(shè)計(jì)要求
電子設(shè)備的冷卻方法包括自然冷卻、強(qiáng)迫空氣冷卻、強(qiáng)迫液體冷卻、蒸發(fā)冷卻、熱電致冷(半導(dǎo)體致冷)、熱管傳熱和其它冷卻方法（如導(dǎo)熱模塊、冷板技術(shù)等）。其中自然冷卻、強(qiáng)迫空氣冷卻、強(qiáng)迫液體冷卻和蒸發(fā)冷卻是常用的冷卻方法。
冷卻方法的選擇示例
功耗為300W的電子組件，擬將其安裝在一個(gè)248mm×381mm×432mm的機(jī)柜里，放在正常室溫的空氣中，是否需要對(duì)此機(jī)柜進(jìn)行特殊的冷卻措施？是否可以把此機(jī)柜設(shè)計(jì)得再小一些？
首先計(jì)算該機(jī)柜的體積功率密度和熱流密度。
由于體積功率密度很小，而熱流密度值與自然空氣冷卻的最大熱流密度比較接近，所以不需要采取特殊的冷卻方法，而依靠空氣自然對(duì)流冷卻就足夠了。
3.機(jī)箱自然對(duì)流熱設(shè)計(jì)
影響自然對(duì)流冷卻的因素：
印制板的間距
電子元件耗散功率
自然對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)
機(jī)箱表面和環(huán)境空氣之間的溫差
機(jī)箱表面積
自然對(duì)流冷卻設(shè)計(jì)要求
最大限度的利用導(dǎo)熱、自然對(duì)流和輻射散熱；
縮短傳熱路徑，增大換熱或?qū)崦娣e；
減小安裝時(shí)的接觸熱阻，元器件的排列有利于流體的對(duì)流換熱
采用散熱印制電路板，熱阻小的邊緣導(dǎo)軌；
印制板組裝件之間的距離控制在19-21mm；
增大機(jī)箱表面黑度，增強(qiáng)輻射換熱。
4. 強(qiáng)迫對(duì)流熱設(shè)計(jì)
4-1 強(qiáng)迫風(fēng)冷設(shè)備，著重考慮兩個(gè)問(wèn)題
風(fēng)機(jī)的選用
風(fēng)機(jī)的形式
風(fēng)量與風(fēng)壓的估算
風(fēng)機(jī)的串并聯(lián)應(yīng)用
風(fēng)機(jī)的安裝技術(shù)
風(fēng)道的設(shè)計(jì)
低氣流阻力設(shè)計(jì)
均壓送風(fēng)設(shè)計(jì)
風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)
風(fēng)量 風(fēng)壓 功率 效率
風(fēng)機(jī)的選擇 結(jié)構(gòu)類(lèi)型
風(fēng)機(jī)的分類(lèi)
軸流式：風(fēng)量大、風(fēng)壓小
離心式：風(fēng)量小、風(fēng)壓高
離心式風(fēng)機(jī)：氣流從軸向流進(jìn)，然后在葉輪內(nèi)轉(zhuǎn)90度作徑向流動(dòng)，再經(jīng)蝸殼排出。
軸流式風(fēng)機(jī)：氣流的進(jìn)、出方向與軸向一致。
風(fēng)機(jī)的性能
軸流風(fēng)機(jī)：簡(jiǎn)單、廉價(jià)、流量大、壓頭小、噪音大；
離心風(fēng)機(jī)：復(fù)雜、價(jià)貴、壓頭高、噪音小。
空氣流過(guò)機(jī)箱時(shí)的壓力損失計(jì)算
壓力損失（也稱(chēng)壓降）包括兩部分：
靜壓損失：流體流經(jīng)管道壁面時(shí)引起的摩擦損失；
動(dòng)壓損失：流體進(jìn)出口以及流經(jīng)彎頭、槽道橫截面變化、過(guò)濾器等處引起的動(dòng)力損失。
風(fēng)機(jī)的串并聯(lián)特性
風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作時(shí)每臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量一樣，風(fēng)壓為兩臺(tái)風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的風(fēng)壓之和。
風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作時(shí)每臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓不變，風(fēng)量為兩臺(tái)風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的風(fēng)量之和。 P31 圖
風(fēng)機(jī)布置位置的選擇 箱體進(jìn)口：有利于清除塵埃與贓物，增加氣流的擾動(dòng)，
但使氣流進(jìn)口溫度提高；
直接冷卻設(shè)計(jì)的參考原則
風(fēng)機(jī)的容量選擇要適當(dāng)；
如果馬達(dá)引起的空氣溫升可以接受，應(yīng)將風(fēng)機(jī)置于箱體
的進(jìn)口處；
空氣出口通道的位置與大小適當(dāng)，以使整個(gè)箱體都有合
適的氣流流過(guò)；出口截面積至少等于進(jìn)口截面積，以防止氣
流阻塞(chocking);
關(guān)鍵元件置于進(jìn)口氣流溫度低處；大功率元件置于箱體
出口（圖6-10）；
合理地布置組件及印制板以盡力減小箱體對(duì)空氣的流動(dòng)
阻力：例如減少不必要的尖角、彎頭、突擴(kuò)或突縮；不使局
部地區(qū)流速過(guò)高（ > 7m/s）或過(guò)低（會(huì)使傳熱惡化，塵埃沉積）
強(qiáng)迫風(fēng)冷設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
用于冷卻設(shè)備內(nèi)部元器件的空氣必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾；
強(qiáng)迫空氣流動(dòng)方向與自然對(duì)流空氣流動(dòng)方向應(yīng)一致；
入口空氣溫度與出口空氣溫度之溫差一般不超過(guò)14℃；
冷卻空氣入口與出口位置應(yīng)遠(yuǎn)離；
應(yīng)避免潮濕空氣與元器件直接接觸，
可采用空芯印制電路板或采用風(fēng)冷冷板冷卻的機(jī)箱；
盡量減小氣流噪聲和通風(fēng)機(jī)的噪聲；
大型機(jī)柜強(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí)，應(yīng)盡量避免機(jī)柜縫隙漏風(fēng)；
電子設(shè)備強(qiáng)迫空氣冷卻應(yīng)考慮高度對(duì)空氣密度的影響；
電子設(shè)備冷卻空氣的溫度不應(yīng)低于露點(diǎn)溫度。
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