數字電子芯片的散熱阻值計算需要根據對應的計算公式來算出具體數值，在普通的數字電路設計中,我們很少考慮到集成電路的散熱,因為低速芯片的功耗一般很小,在正常的自然散熱條件下,芯片的溫升不會太大.隨著芯片速率的不斷提高,單個芯片的功耗也逐漸變大,例如:Intel的奔騰CPU的功耗可達到 25W.當自然條件的散熱已經不能使芯片的溫升控制在要求的指標之下時,就需要使用適當的散熱措施來加快芯片表面熱的釋放,使芯片工作在正常溫度范圍之內.
如何判斷芯片是否需要增加散熱措施
如何判斷芯片是否需要增加散熱措施 【鋁合金散熱器】
第一步:搜集芯片的散熱參數.主要有:P、Rja、Rjc、Tj等
第二步:計算Tc-max:Tc-max=Tj- Rjc*P
第三步:計算要達到目標需要的Rca:Rca=(Tc-max-Ta)/P
第四步:計算芯片本身的Rca’:Rca’=Rja-Rjc
如果Rca大于 Rca’,說明不需要增加額外的散熱措施.
如果Rca小于Rca’,說明需要增加額外的散熱措施.比如增加散熱器、增加風扇等等.
如前所述,Rja不能用于準確的計算芯片的溫度,所以這種方法只能用于簡單的判斷.而不能用于最終的依據.下面舉一個簡單的例子:
例:某芯片功耗——1.7W;Rja——53℃/W;Tj——125℃;Rjc——25℃/W,芯片工作的最大環境溫度是50℃.判斷該芯片是否需要加散熱器,散熱器熱阻是多少.
Tc-max=Tj- Rjc*P
=125℃-25℃/W*1.7W
=82.5℃
Rca=(Tc-max-Ta)/P
=(82.5-50)1.7
=19.12℃/W
Rca’=Rja-Rjc
=53-25
=28℃/W
Rca小于Rca’,所以需要增加散熱器.
散熱器的熱阻假設為Rs,則有:
Rs//Rca’小于Rca
Rs*28/(Rs+28)小于19.12
Rs小于60.29℃/W
所以選用的散熱器熱阻必須小于60.29℃/W.
在普通的數字電路設計中,我們很少考慮到集成電路的散熱,因為低速芯片的功耗一般很小,在正常的自然散熱條件下,芯片的溫升不會太大.隨著芯片速率的不斷提高,單個芯片的功耗也逐漸變大,例如:Intel的奔騰CPU的功耗可達到 25W.當自然條件的散熱已經不能使芯片的溫升控制在要求的指標之下時,就需要使用適當的散熱措施來加快芯片表面熱的釋放,使芯片工作在正常溫度范圍之內.
通常條件下,熱量的傳遞包括三種方式:傳導、對流和輻射.傳導是指直接接觸的物體之間熱量由溫度高的一方向溫度較低的一方的傳遞,對流是借助流體的流動傳遞熱量,而輻射無需借助任何媒介,是發熱體直接向周圍空間釋放熱量.
在實際應用中,散熱的措施有散熱器和風扇兩種方式或者二者的同時使用.散熱器通過臺車式退火爐的芯片表面的緊密接觸使芯片的熱量傳導到散熱器,散熱器通常是一塊帶有很多葉片的熱的良導體,它的充分擴展的表面使熱的輻射大大增加,同時流通的空氣也能帶走更大的熱能.風扇的使用也分為兩種形式,一種是直接安裝在散熱器表面,另一種是安裝在機箱和機架上,提高整個空間的空氣流速.與電路計算中最基本的歐姆定律類似,散熱的計算有一個最基本的公式:
溫差 = 熱阻 × 功耗
在使用電子散熱器的情況下,散熱器與周圍空氣之間的熱釋放的"阻力"稱為熱阻,散熱器與空氣之間"熱流"的大小用芯片的功耗來代表,這樣熱流由散熱器流向空氣時由于熱阻的存在,在散熱器和空氣之間就產生了一定的溫差,就像電流流過電阻會產生電壓降一樣.同樣,散熱器與芯片表面之間也會存在一定的熱阻.熱阻的單位為℃/W.選擇散熱器時,除了機械尺寸的考慮之外,最重要的參數就是散熱器的熱阻.熱阻越小,散熱器的散熱能力越強。
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