電子元件芯片工作過程中的對(duì)流散熱原理
發(fā)布時(shí)間：2018-8-15 來源： 電子散熱器 站點(diǎn)：http://www.runichem.cn |
電子元件芯片工作過程中的對(duì)流散熱原理：散熱器的散熱形式主要有輻射和對(duì)流兩種形式。輻射換熱：熱能用輻射形式傳播，不需要借助任何介質(zhì)，可以在真空狀態(tài)下傳播，比如太陽的熱能經(jīng)過宇宙?zhèn)鞯降厍蛏稀?duì)流換熱：通過空氣或其他介質(zhì)傳播熱能，比如對(duì)流散熱器將空氣加熱。空氣將房間內(nèi)一切物品加熱，對(duì)六器主要依靠空氣運(yùn)動(dòng)傳播熱能。
電子元件的芯片的高度集成，工作時(shí)產(chǎn)生的熱量通常情況下是通過空氣對(duì)流來進(jìn)行散熱的。尤其現(xiàn)在市場(chǎng)上對(duì)功能要求越來越多，體積要求越來越小。今天的元器件得以快速地向小型化.高功能.與高效率發(fā)展.高性能的元器件在高速度運(yùn)行下會(huì)產(chǎn)生大量的熱,這些熱量必須立即去除以保證元器件能在正常工作溫度下以最高效率運(yùn)行.因此熱傳導(dǎo)相關(guān)技術(shù)隨著電子工業(yè)的發(fā)展不斷地受到挑戰(zhàn).高溫或內(nèi)部功耗產(chǎn)生的過多熱量可能改變電子元件的特性并導(dǎo)致其關(guān)機(jī)、在指定工作范圍外工作，甚或出現(xiàn)故障。電源管理器件(及其相關(guān)電路)經(jīng)常會(huì)遇到這些問題，因?yàn)檩斎肱c負(fù)載之間的任何功耗都會(huì)導(dǎo)致器件發(fā)熱，所以必須將熱量從這些器件中驅(qū)散出來，使其進(jìn)入PCB、附近的元器件或周圍的空氣。即使在傳統(tǒng)高效的開關(guān)電源工業(yè)設(shè)計(jì)中，當(dāng)設(shè)計(jì)PCB和選擇外部元器件時(shí)，也都必須考慮散熱問題。
傳統(tǒng)意義上所稱的輻射散熱器，是指輻射散熱器在總散熱量中占相對(duì)份額的散熱器，目前通常最典型的輻射散熱器如鑄鐵、鋼制柱式散熱器、銅鋁復(fù)合散熱器等等，其中依靠輻射作用所傳播的熱能只占30%，另外70%熱能是以對(duì)流式傳播的。而對(duì)流散熱器是基本無輻射換熱(或極小)的散熱器，如佛瑞德銅管對(duì)流散熱器，銅管對(duì)流散熱器利用熱空氣輕，向上流動(dòng)的原理，空氣循環(huán)達(dá)到全房間的升溫，比輻射式的電子散熱器更加舒適、升溫更快。
設(shè)計(jì)電源管理電路時(shí)，在考察散熱問題之前對(duì)熱傳遞進(jìn)行基本了解是很有幫助的。首先，熱量是一種能量，會(huì)由于兩個(gè)系統(tǒng)之間存在溫差而進(jìn)行傳輸。熱傳遞通過三種方式進(jìn)行：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。當(dāng)高溫器件接觸到低溫器件時(shí)，會(huì)發(fā)生傳導(dǎo)。高振幅的高溫原子與低溫材料的原子碰撞，從而增加低溫材料的動(dòng)能。這種動(dòng)能的增加導(dǎo)致高溫材料的溫度上升和低溫材料的溫度下降。
在對(duì)流中，熱傳遞發(fā)生在器件周圍的空氣中。在自然對(duì)流中，物體加熱周圍的空氣，空氣受熱時(shí)膨脹形成真空，導(dǎo)致冷空氣取代熱空氣。因此形成循環(huán)氣流，不斷將器件的熱量傳輸給周圍的空氣。另一種形式是強(qiáng)制對(duì)流，例如風(fēng)扇主動(dòng)吹冷空氣，從而加速取代暖空氣。當(dāng)物體將電磁波(熱輻射)發(fā)送至周圍環(huán)境時(shí)就會(huì)產(chǎn)生輻射。輻射熱量無需介質(zhì)傳遞(熱量可以通過真空輻射)。在PCB中，熱傳遞的主要方法是傳導(dǎo)，其次是對(duì)流。
當(dāng)處理功耗相對(duì)較大的器件時(shí)，通常有必要估算機(jī)箱外殼散熱器的開關(guān)電源管理電路的溫度。使用通用熱阻可以很好地比較采用相同封裝的相似器件，但很可能得不到準(zhǔn)確的溫度預(yù)測(cè)。因此，通常有必要采用復(fù)雜的熱計(jì)算或直接測(cè)量熱阻的方法。在知道熱阻之后，利用器件功耗的逐步變化和監(jiān)控器件溫度可以計(jì)算器件熱容。這樣可以更準(zhǔn)確地估算由于瞬態(tài)熱事件導(dǎo)致的器件溫度。本文中列出的示例是通過使用高電流白光LED閃光驅(qū)動(dòng)器而完成的，但也同樣適用于其他電源管理器件，包括以脈沖方式工作及專為長(zhǎng)時(shí)間工作而設(shè)計(jì)的器件。
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