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散熱片設計一般準則

2016-6-14 16:27:25點擊:

散熱片設計一般準則

一、自然對流散熱片設計

——散熱片的設計可就包絡體積做初步的設計,然后再就散熱片的細部如鰭片及底部尺寸做詳細設計

1、         包絡體積

2、   散熱片底部厚度

良好的底部厚度設計必須由熱源部分厚而向邊緣部份變薄,如此可使散熱片由熱源部份吸收足夠的熱向周圍較薄的部份迅速傳遞。

底部之厚度關系     

 

                    底部厚度和輸入功率的關系

3、   鰭片形狀

空氣層的厚度約2mm,鰭片間格需在4mm以上才能確保自然對流順利。但是卻會造成鰭片數目減少而減少散熱片面積。

A、      鰭片間格變狹窄-自然對流發生減低,降低散熱效率。
鰭片間格變大-鰭片變少,表面積減少。

B、            鰭片角度鰭片角度約三度。
鰭片形狀

鰭片形狀參考值

C、      鰭片厚度

當鰭片的形狀固定,厚度及高度的平衡變得很重要,特別是鰭片厚度薄高的情況,會造成前端傳熱的困難,使得散熱片即使體積增加也無法增加效率

鰭片變薄-鰭片傳熱到頂端能力變弱
鰭片變厚-鰭片數目減少(表面積減少)
鰭片增高-鰭片傳到頂端能力變弱(體積效率變弱)
鰭片變短-表面積減少

 

4、散熱片表面處理

散熱片表面做耐酸鋁(Alumite)或陽極處理可以增加輻射性能而增加散熱片的散熱效能,一般而言,和顏色是白色或黑色關系不大。表面突起的處理可增加散熱面積,但是在自然對流的場合,反而可能造成空氣層的阻礙,降低效率。


二、強制對流散熱片設計

——增加熱傳導系數

(1)    增加空氣流速這個是很直接的方法,可以配合風速高的風扇來達成目的,

(2)平板型鰭片做橫切將平板鰭片切成多個短的部分,這樣雖然會減少散熱片面,但是卻增加了熱傳導系數,同時也會增加壓。當風向為不定方向時,此種設計較為適當。散熱片橫切

(3) 針狀鰭片設計針狀鰭片散熱片具有較輕及體積較小的優點,同時也有較高的體積效率,更重要的是具有等方向性,因此適合強制對流散熱片,如圖九所示。鰭片的外型有可分為矩形、圓形以及橢圓形,矩形散熱片是由鋁擠型橫切而成,圓形則可由鍛造或鑄造成型,橢圓形或液滴形的散熱片熱傳系數較高,但成型比較不易。
    (4)
沖擊流冷卻利用氣流由鰭片頂端向底部沖擊,這種冷卻的方式可以增加熱傳導性,但是須注意風的流向配合整體設計。

                               

   針狀鰭片散熱片                                       輻射狀鰭片散熱片

(2)   對于常見的風扇置于散熱片上方的下吹設計,由于須配合風扇特性,因此需做更精確的設計。軸流風扇由于有旋轉效應,同時軸的位置風不易吹到,因此許多散熱片設計成輻射狀,如圖十所示。也有些散熱片的頂端設計成長短不一或是彎曲的形狀用以導風。另外種方式是采用側吹的方式,一般而言,側吹方式的散熱片由于氣流可吹過鰭片,而且流阻較少,因此對于高且密的鰭片而言,配合頂端加蓋設計以防止氣流旁通(bypass),側吹式比下吹式可有更好的效果。

三、 億之鴻散熱器設計規范/經驗

散熱片的設計注意事項

 1:表面積越大散熱效果越好.

 2:若散熱片放置利于空氣流通,可以提高散熱效果.

 3:銅.鋁導熱效率高,是散熱材料的首選.

 4:增加散熱片的厚度比增加長度更有效(我司經驗所得).

 5:表面陽極氧化處理,可抗氧化腐蝕,提高輻射能力,穩定散熱效果.

 6:加工的經濟實用性.

 散熱同等條件下的效果對比:

質量 輕 

氧化 使用壽命長 

不氧化 使用壽命短 

開槽 散熱效果好 

不開槽 散熱效果差 

葉片密度大 散熱效果好(加風扇更好) 

葉片密度小 散熱效果差(加風扇好) 

葉片高度高 散熱效果好(加風扇更好) 

葉片高度低 散熱效果好(加風扇好) 

底面厚度厚 吸熱量大一點,散熱量不一定。相對會好一點。 

底面厚度薄 吸熱量小一點,散熱量不一定。相對會差一點。

四、散熱器選擇原則 

用戶選配散熱器時,必須考慮以下因素:① 模塊工作電流大小,以決定所需散熱面積;② 使用環境,據此可以確定采取什么冷卻方式——自然冷卻、強迫風冷、還是水冷;③ 裝置的外形、體積、給散熱器預留空間的大小,據此可以確定采用什么形狀的散熱器。一般而論,大多數用戶會選擇鋁型材散熱器。

五、散熱器設計步驟

通常散熱器的設計分為四步

    1:根據相關約束條件設計散熱器輪廓圖。

    2:根據散熱器的相關設計準則對散熱器齒厚、齒的形狀、齒間距、基板厚度進行優化。

    3: 到深圳市億之鴻五金制品有限公司官網www.supqv.club的產品查詢系統尋找現有的模具,節省費用。

    4:打樣測試。

v 自然冷卻散熱器的設計方法

Ø 考慮到自然冷卻時溫度邊界層較厚,如果齒間距太小,兩個齒的熱邊界層易交叉,影響齒表面的對流,所以一般情況下,建議自然冷卻的散熱器齒間距大于12mm如果散熱器齒高低于10mm可按齒間距≥1.2倍齒高來確定散熱器的齒間距。

Ø 自然冷卻散熱器表面的換熱能力較弱,在散熱齒表面增加波紋不會對自然對流效果產生太大的影響,所以建議散熱齒表面不加波紋齒。

Ø 自然對流的散熱器表面一般采用發黑處理,以增大散熱表面的輻射系數,強化輻射換熱。

Ø 由于自然對流達到熱平衡的時間較長,所以自然對流散熱器的基板及齒厚應足夠,以抗擊瞬時熱負荷的沖擊,建議大于5mm以上。

v 強迫冷卻散熱器的設計方法

Ø 在散熱器表面加波紋齒,波紋齒的深度一般應小于0.5mm

Ø 增加散熱器的齒片數。目前國際上先進的擠壓設備及工藝已能夠達到23的高寬比,國內目前高寬比最大只能達到8。對能夠提供足夠的集中風冷的場合,建議采用低溫真空釬焊成型的冷板,其齒間距最小可到2mm

Ø 采用針狀齒的設計方式,增加流體的擾動,提高散熱齒間的對流換熱系數。

當風速大于1m/s(200CFM)時,可完全忽略浮升力對表面換熱的影響。

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