热设计的有关概念
（1）热设计
      利用热传递特性通过冷却装置控制电子设备内部所有电子元器件的温度，使其在设备内所处的工作环境条件下，不超过规定的最高允许温度的设计技术。
（2）热评估：评估电子设备热设计是否合理的方法和手段。
（3）热分析
    又称热模拟，是利用数学的手段，通过计算机模拟，在电子设备的设计阶段获得温度分布的方法，它可以使电子设备设计人员和可靠性设计人员在设计初期就能发现产品的热缺陷，从而改进其设计，为提高产品设计的合理性及可靠性提供有力保障。
（4）热试验：将电子设备置于模拟的热环境中，测量其温度或温度分布。
（5） 热流密度
      单位面积的热流量。
（6） 体积功率密度
      单位体积的热流量。
（7） 热阻
      热量在热流路径上遇到的阻力（内热阻、外热阻、系统热阻） 。温差越大，热流量就越大。△T＝RQ  热阻的单位是℃/W。
（8） 热阻网络
  热阻的串联、并联或混联形成的热流路径图。
（9）功耗
  电子设备工作时需要电功率，因为元器件并非完全有效，因而有不少功率转换成热。如果找不到一条通路来散热，温度就会升高。最重要的热流量是功耗。
（10） 冷板
   利用单相流体强迫流动带走热量的一种换热器。
（11）热沉
    是一个无限大的热容器，其温度不随传递到它的热能大小而变化。它可能是大地、大气、大体积的水或宇宙等。又称热地。也称“最终散热器”。Heat Sink

2. 热设计的方法

    电子产品热设计应首先根据设备的可靠性指标及设备所处的环境条件确定热设计目标，热设计目标一般为设备内部元器件允许的最高温度，根据热设计目标及设备的结构、体积、重量等要求进行热设计，主要包括冷却方法的选择、元器件的安装与布局、印制电路板散热结构的设计和机箱散热结构的设计。常见的热设计流程见图所示。

热设计目标的确定：    热设计目标通常根据设备的可靠性指标与设备的工作环境条件来确定，已知设备的可靠性指标，依据GJB/ 299B－1998《电子设备可靠性预计手册》中元器件失效率与工作温度之间的关系，可以计算出元器件允许的最高工作温度，此温度即为热设计目标。工程上为简便计算，通常采用元器件经降额设计后允许的最高温度值做为热设计目标。

    工程上为简便计算，通常采用元器件经降额设计后允许的最高温度值做为热设计目标。

降额参数 降  额  等  级  
        Ⅰ Ⅱ Ⅲ
频   率    0.80 0.90 0.90
输出电流 0.80 0.90 0.90
最高结温℃ 85 100 115

常用冷却方法的选择和设计要求

    电子设备的冷却方法包括自然冷却、强迫空气冷却、强迫液体冷却、蒸发冷却、热电致冷(半导体致冷)、热管传热和其它冷却方法（如导热模块、冷板技术等）。其中自然冷却、强迫空气冷却、强迫液体冷却和蒸发冷却是常用的冷却方法。

冷却方法的选择示例

    功耗为300W的电子组件，拟将其安装在一个248mm×381mm×432mm的机柜里，放在正常室温的空气中，是否需要对此机柜进行特殊的冷却措施？是否可以把此机柜设计得再小一些？
    首先计算该机柜的体积功率密度和热流密度。

    由于体积功率密度很小，而热流密度值与自然空气冷却的最大热流密度比较接近，所以不需要采取特殊的冷却方法，而依靠空气自然对流冷却就足够了。
   

3.机箱自然对流热设计

影响自然对流冷却的因素：
印制板的间距
电子元件耗散功率
自然对流换热表面传热系数
机箱表面和环境空气之间的温差
机箱表面积

自然对流冷却设计要求
 最大限度的利用导热、自然对流和辐射散热；
 缩短传热路径，增大换热或导热面积；
 减小安装时的接触热阻，元器件的排列有利于流体的对流换热
 采用散热印制电路板，热阻小的边缘导轨；
 印制板组装件之间的距离控制在19-21mm；
 增大机箱表面黑度，增强辐射换热。

4.    强迫对流热设计
4-1 强迫风冷设备，着重考虑两个问题
 风机的选用
 风机的形式
 风量与风压的估算
 风机的串并联应用　
 风机的安装技术
 风道的设计
 低气流阻力设计
 均压送风设计
 风机的性能参数
　风量   风压    功率    效率

风机的选择 结构类型
风机的分类
轴流式：风量大、风压小 
离心式：风量小、风压高
离心式风机：气流从轴向流进，然后在叶轮内转90度作径向流动，再经蜗壳排出。
轴流式风机：气流的进、出方向与轴向一致。

风机的性能
  轴流风机：简单、廉价、流量大、压头小、噪音大；
  离心风机：复杂、价贵、压头高、噪音小。

空气流过机箱时的压力损失计算
压力损失（也称压降）包括两部分：
　静压损失：流体流经管道壁面时引起的摩擦损失；
    动压损失：流体进出口以及流经弯头、槽道横截面变化、过滤器等处引起的动力损失。

风机的串并联特性
风机串联工作时每台风机的风量一样，风压为两台风机所产生的风压之和。
风机并联工作时每台风机的风压不变，风量为两台风机所产生的风量之和。 P31 图

风机布置位置的选择  箱体进口：有利于清除尘埃与赃物，增加气流的扰动，
 但使气流进口温度提高；

  直接冷却设计的参考原则
        风机的容量选择要适当；
        如果马达引起的空气温升可以接受，应将风机置于箱体
的进口处；
        空气出口通道的位置与大小适当，以使整个箱体都有合
适的气流流过；出口截面积至少等于进口截面积，以防止气
流阻塞(chocking);
关键元件置于进口气流温度低处；大功率元件置于箱体
  出口（图6-10）；
合理地布置组件及印制板以尽力减小箱体对空气的流动
阻力：例如减少不必要的尖角、弯头、突扩或突缩；不使局
部地区流速过高（ > 7m/s）或过低（会使传热恶化，尘埃沉积）

 

强迫风冷设计注意事项
 用于冷却设备内部元器件的空气必须经过过滤；
 强迫空气流动方向与自然对流空气流动方向应一致；
 入口空气温度与出口空气温度之温差一般不超过14℃；
 冷却空气入口与出口位置应远离；
 应避免潮湿空气与元器件直接接触，
 可采用空芯印制电路板或采用风冷冷板冷却的机箱；
 尽量减小气流噪声和通风机的噪声；
 大型机柜强迫风冷时，应尽量避免机柜缝隙漏风；
 电子设备强迫空气冷却应考虑高度对空气密度的影响；
 电子设备冷却空气的温度不应低于露点温度。

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