4-2 風(fēng)道設(shè)計(jì)
風(fēng)道設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面： 風(fēng)道類型的選擇 風(fēng)道布置的注意事項(xiàng)
風(fēng)道類型的選擇：
射流式風(fēng)道：輸送出來(lái)的氣流不與固定的邊界接觸，以自由擴(kuò)散的形式對(duì)發(fā)熱元件進(jìn)行冷卻。缺點(diǎn)：冷卻效果差，能源消耗大。
水平風(fēng)道：送出的冷氣流，沿印制板所形成的風(fēng)道作水平方向流動(dòng)。
缺點(diǎn)：應(yīng)將設(shè)備內(nèi)電子元件的耗熱量分配恰當(dāng)，否則不易達(dá)到均勻送風(fēng)的目的。
靜壓式風(fēng)道：將水平風(fēng)道圖中的豎直風(fēng)道做成上下兩端靜壓相等，以達(dá)到等量送風(fēng)的目的。
缺點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、阻力大，不易實(shí)現(xiàn)
風(fēng)道類型的選擇：
變截面風(fēng)道：
設(shè)計(jì)成變截面式，可防止短路和漏流，等量送風(fēng)。
隔板式風(fēng)道：
在風(fēng)道的進(jìn)口處設(shè)置隔板，使風(fēng)量均勻。
風(fēng)道設(shè)計(jì) 風(fēng)道布置的注意事項(xiàng)：
盡量短而直，彎頭要少，盡量減小風(fēng)道的阻力損失；
避免管道急劇彎曲，必須采用彎頭時(shí)，盡量加大彎頭半徑。
避免管道驟然擴(kuò)張或收縮，截面形狀盡可能與被冷卻元件形狀相一致。
盡量提高管道送風(fēng)能力，矩形管道長(zhǎng)寬比適當(dāng)；
在結(jié)構(gòu)尺寸不受限制時(shí)，增大風(fēng)道截面可減少壓力損失，同時(shí)可降低風(fēng)機(jī)噪聲。
風(fēng)道壁面應(yīng)光滑，減少氣流的摩擦阻力。
當(dāng)風(fēng)道進(jìn)口需要裝濾塵網(wǎng)格時(shí)，要在濾塵效果和流阻之間予權(quán)衡。
2-3 散熱器的選擇與應(yīng)用
附設(shè)于設(shè)備表面上的肋或伸展體，常用增加散熱的有效面積。
保證電子元器件電性能工作參數(shù)的穩(wěn)定；
保證電子元器件有足夠的功率輸出；
因此，在設(shè)備的總尺寸、重量、所耗金屬材料、性能增加不多的前提下，廣泛采用肋片式散熱器，增大其換熱量。
散熱器的設(shè)計(jì)要求和工程應(yīng)用
設(shè)計(jì)要求
1 根據(jù)肋片式散熱器的傳熱特性設(shè)計(jì)肋片
2 肋片參數(shù)的優(yōu)化
3 保證熱源器件工作穩(wěn)定、功率輸出正常。
工程應(yīng)用中的若干問(wèn)題
1 如何選用合適的肋片式散熱器
2 散熱器的材料與表面處理
3 散熱器的正確安裝
減小散熱器的熱阻
梯形肋>三角形肋>流線型肋
合理的安裝方式
（1） 為減小接觸熱阻，安裝時(shí)應(yīng)注意固緊壓力的大小。
（2）散熱器的放置形式應(yīng)有利于自然對(duì)流。例如型材散熱器以肋片的縱向和氣流方向相一致時(shí)的熱阻最小，
散熱器的材料與表面的處理
影響散熱器散熱的因素分析
界面熱阻的影響
減小接觸熱阻，可有效提高散熱效率。
措施有：
加大接觸面之間的壓力；
提高接觸面的加工精度；
接觸表面之間加導(dǎo)熱襯墊。
散熱器的幾何尺寸的影響
（1)肋片長(zhǎng)度的影響
適當(dāng)增加有利于散熱，但是過(guò)分增加肋片長(zhǎng)度不能確保熱量傳導(dǎo)至散熱器肋片的末端，因此使傳熱受到影響，一般認(rèn)為散熱器的肋片長(zhǎng)度和基座寬度之比接近1傳熱較好。
（2）肋片厚度的影響
由于導(dǎo)熱主要沿著肋片的縱向方向，因而肋片的厚度對(duì)散熱器熱性能沒(méi)有太大的影響。
（3）肋片高度的影響
一般隨著肋片高度的增加，器件的熱量更易通過(guò)肋片散至周圍空間。
（4）肋片數(shù)目的影響
肋片數(shù)目增加有利于散熱，但要考慮器件安裝的問(wèn)題。
散熱器的生產(chǎn)、使用技術(shù)要求
選用鋁材作為散熱器的材料。
散熱器表面應(yīng)進(jìn)行處理
減小接觸熱阻
散熱器的安全性應(yīng)符合要求
熱阻值應(yīng)滿足要求。
4－3 冷板的選擇與應(yīng)用
冷板是一種單流體熱交換器，具有較大的換熱面積(肋),流體通道的當(dāng)量直徑較小,換熱系數(shù)較高。 15.5~45
冷板的結(jié)構(gòu)類型
氣冷式冷板
以空氣為介質(zhì)，空氣與冷板的對(duì)流帶走電子設(shè)備耗散的熱量。
液冷式冷板
以液體為介質(zhì)，使其與冷板對(duì)流帶走電子設(shè)備耗散的熱量。
儲(chǔ)熱冷板
利用冷卻劑在相變（固態(tài)--液態(tài)）過(guò)程中吸收溶解熱而達(dá)到冷卻電子器件的裝置。
熱管冷板
將高效傳熱的熱管與冷板相結(jié)合所組成的裝置。
冷板換熱的特點(diǎn)
（1）冷板上的溫度梯度小，熱分布均勻，可帶走較大集中熱負(fù)載。
（2）由于它采用間接冷卻的方式，可使電子元器件不與冷卻劑直接接觸，減少各種污染（如潮濕，灰塵，以及包含在空氣中其它污染物質(zhì)的污染），提高工作的可靠性。
（3）與直接風(fēng)冷相比，空氣的損耗小，同時(shí)也便于改變空氣的流量和入口溫度，提高冷卻效率。
（4）冷板裝置的組件簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，便于維修。
氣冷式冷板
冷板的蓋板、底板一般用鋁板（如LF21）
采用真空焊接工藝連成。
肋片是冷板的主要元件，
也是組成擴(kuò)展表面的基本部分。
肋片的幾何參數(shù)為：
肋片厚度
肋片高度
肋片間距
肋片形狀：平直形、鋸齒形和多孔形。
液冷冷板
液冷式冷板的基材通常選用導(dǎo)熱性能好的銅、鋁等板材。冷卻劑的孔形一般選用圓形、方形。
冷板式強(qiáng)迫液體冷卻系統(tǒng)
依靠泵方便地把吸收了電子設(shè)備耗熱的冷卻劑抽吸到遠(yuǎn)處的空氣－－液體熱交換器，然后用大型風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)冷卻空氣通過(guò)熱交換器使液體冷卻。經(jīng)冷卻的液體又被抽回的電子設(shè)備，再次吸收，而吸收了冷卻液體熱量的空氣則被排放到周圍環(huán)境中。
儲(chǔ)熱冷板
在冷板上涂抹或填裝具有高溶解熱的相變材料，在其受熱溶解時(shí)吸收冷板上電子器件所耗散的熱量，以達(dá)到控制冷板溫升的裝置。
冷板的選用原則
根據(jù)電子元件熱源分布（集中、均布、非均布）、熱流密度、許用溫度、冷板通道的許用壓降和冷板的工作環(huán)境條件等綜合因素進(jìn)行考慮；
高功率和大功率器件的散熱，可選強(qiáng)制液冷冷板；
對(duì)于熱量均布的中、小功率器件，可選強(qiáng)制空氣冷卻冷板
對(duì)于按脈沖工況運(yùn)行的電子器件，或電子設(shè)備的內(nèi)熱源與外部熱環(huán)境之間的溫度有較大的周期性變化可選擇儲(chǔ)熱冷板。
冷板的設(shè)計(jì)步驟
校核計(jì)算
已知冷板的結(jié)構(gòu)類型、尺寸、冷卻劑的流量和工作環(huán)境條件，要求校核該冷板是否滿足所需傳熱量，以及克服流經(jīng)冷板的通道的壓降。
設(shè)計(jì)計(jì)算
已知熱負(fù)載功率、冷卻劑的流量和工作環(huán)境條件，要求設(shè)計(jì)一個(gè)滿足要求的冷板裝置（結(jié)構(gòu)尺寸）。
4－4元器件的安裝與布局
（1）元器件的安裝位置應(yīng)保證元器件工作在允許的工作溫度范圍內(nèi)；
（2）元器件的安裝位置應(yīng)得到最佳的自然對(duì)流；
（3）元器件應(yīng)牢靠地安裝在底座、底板上，以保證得到最佳的傳導(dǎo)散熱；
（4） 熱源應(yīng)接近機(jī)架安裝，與機(jī)架有良好的熱傳導(dǎo)。發(fā)熱元器件應(yīng)主要依靠傳導(dǎo)散熱的方法將熱直接傳導(dǎo)到外部。對(duì)高溫元器件可安裝金屬包層，金屬包層的內(nèi)部應(yīng)為高吸收率的表面(或涂黑)，外部應(yīng)為低輻射率的表面，使熱直接傳導(dǎo)到外部散熱片，以減少對(duì)鄰近元器件的熱影響。
（5）元器件、部件的引線腿的橫截面應(yīng)大，長(zhǎng)度應(yīng)短。
（6）無(wú)源元件、溫度敏感元件應(yīng)放置在低溫處。若鄰近有發(fā)熱量大的元件，則需對(duì)無(wú)源元件、溫度敏感元件進(jìn)行熱防護(hù)，
可在發(fā)熱元件與溫度敏感元件之間放置較為光澤的金屬片來(lái)實(shí)現(xiàn)。
（7）元器件的安裝板應(yīng)垂直放置，利于散熱。
4－5 印制電路板PCB的熱設(shè)計(jì)
印制電路板熱設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)印制電路板良好的散熱，以保證印制電路板上元器件和功能電路正常工作，從而保證系統(tǒng)的可靠性。
(1) 常用的印制電路板
類 型 工作溫度范圍 特點(diǎn)
覆銅箔環(huán)氧酚醛玻璃布層壓板 小于100℃ 適用于制作工作頻率較高的電子/電器設(shè)
備中的印制板。
覆銅箔環(huán)氧玻璃布層壓板 可達(dá)130℃ 透明程度好，適用于制作電子、電器設(shè)備
中的印制板。
覆銅箔聚四氟乙烯玻璃布層壓板 可在200℃以下長(zhǎng)期工作 介質(zhì)損耗小，介電常數(shù)低，價(jià)格昂貴，適用于制作國(guó)防尖端產(chǎn)品和高頻微波設(shè)備中的印制板。
目前采用的環(huán)氧玻璃板，導(dǎo)熱性能差，為了提高其導(dǎo)熱能力，通常在其上敷設(shè)導(dǎo)熱系數(shù)大的金屬（銅、鋁）條或（銅、鋁）板，而成為散熱印制電路板，常用的散熱印制電路板如圖所示。圖（a）為在印制電路板上敷有導(dǎo)熱金屬條的導(dǎo)熱條式散熱印制板，圖（b）為在印制電路板上敷有導(dǎo)熱金屬板的導(dǎo)熱板式散熱印制板；圖（c）為導(dǎo)熱板安裝于印制電路板的上方，與元器件緊密接觸。
4－6 機(jī)箱的熱設(shè)計(jì)
機(jī)箱熱設(shè)計(jì)的任務(wù)是在保證設(shè)備承受外界各種環(huán)境和機(jī)械應(yīng)力的前提下，采用各種必要的散熱手段，最大限度的把設(shè)備產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去。
常用機(jī)箱的形式主要有密封機(jī)箱、通風(fēng)機(jī)箱和強(qiáng)迫風(fēng)冷機(jī)箱，強(qiáng)迫風(fēng)冷機(jī)箱又可分為箱內(nèi)強(qiáng)迫通風(fēng)和冷板式強(qiáng)迫風(fēng)冷兩種。四種機(jī)箱的特性及適用范圍如表所示。
密封機(jī)箱、通風(fēng)機(jī)箱和強(qiáng)迫風(fēng)冷機(jī)箱特性表
熱設(shè)計(jì)培訓(xùn)資料下載：西交大_電子設(shè)備熱設(shè)計(jì).pdf
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