文档介绍：散热器设计型材散热器的几何结构由肋片和基座构成,主要几何参数包括肋片长、肋片厚,肋片数、基座厚、基座宽等, 研究了型材散热器几何因素对其热性能的影响, 通过改变散热器的几何参数, 可以有效的降低散热器的热阻, 获得好的散热效果。本文的研究为型材散热器的的选择及优化设计提供了依据。关键词:功率器件;热设计;散热器;热阻功率器件是多数电子设备中的关键器件, 其工作状态的好坏直接影响整机可靠性。功率器件尤其是大功率器件发热量大, 仅靠封装外壳散热无法满足散热要求, 需要配置合理散热器有效散热, 而散热器的选择是否合理又直接影响功率器件的可靠性, 因此分析影响散热器散热性能的因素,有利于合理选取散热器,提高功率器件的可靠性。 1 散热器的选择在电子设备热设计中, 型材散热器由于结构简单, 加工方便、散热效果好而得到了广泛的应用,其物理模型示意图如图 1 所示。它由肋片和基座构成,主要的几何参数包括肋片长、肋片厚,肋片数、基座厚、基座宽等。在选择散热器时一般需要依据散热器热阻来合理选择, 同时还需要考虑以下几点: 安装散热器允许的空间、气流流量和散热器的成本等。散热器散热的效果与散热器热阻的大小密切相关, 而散热器的热阻除了与散热器材料有关之外, 还与散热器的形状、尺寸大小以及安装方式和环境通风条件等有关, 目前没有精确的数学表达式能够用来计算散热器的热阻, 通常是通过实际测量得到。而散热器的有效面积与散热器几何参数密切相关。 2 影响散热器散热性能的几何因素分析通过实验发现, 散热器的几何因素对散热器的散热性能有很大的影响, 现以一典型型材散热器为例,分析散热器各几何参数对散热器散热性能的影响。选定某一功率器件( LM317 )为热源,其工作电路原理图如图 2 所示。工作在自然冷却条件下,环境温度为 30 ℃,功耗为 ,选取的散热器为型材散热器 SYX - YDE (物理模型如图 3 所示),散热器各个几何参数如表 1 所示。热源与散热器表面为金属与金属的干接触, 无绝缘片也未涂硅脂或导热胶, 查有关手册取热源与散热器之间的接触热阻为 ℃/W 。通过散热器设计分析软件进行初步分析, 散热器优化设计分析软件采用的是美国 Flunt 公司的 Qfin 软件, 它采用计算流体动力学求解器,有限体积法, 非结构化网格可以逼近复杂的几何形状, 同时能实现散热器肋片高度、长度等几何参数的优化。中国可靠性网热器优化设计分析软件得到的散热器和热源相关热参数见表 2。下面具体分析改变散热器各几何参数对散热器性能的影响。选定散热器热阻为优化目标, 利用散热器优化设计软件, 设定散热器某一几何参数为优化变量,比较优化前后几何参数的变化及对散热器热阻的影响。 1) 散热器肋片长度的影响 2) 在散热器优化设计软件中,按照建模向导,其他几何参数和环境条件均保持不变, 分析肋片长度不同时,散热器热阻和热源结温的变化,得到如表 3 分析结果。 3) 从表中数据可看出,肋片长度适当增加能减小器件结温,但是过分增加肋片长度不能确保热量传导至散热器肋片的末端,因此使传热受到影响,不能大大降低结温, 反而使散热器重量增加太多。一般认为散热器的肋片长度和基座宽度之比接近 1传热较好。 4)2) 散热器肋片厚度的影响选定散热器热阻为优化目标,肋片厚度为优化变量,其他几何参数及环境条