在調(diào)試或維修電路的時(shí)候,,我們常提到一個(gè)詞“××燒了”,這個(gè)××有時(shí)是電阻,、有時(shí)是保險(xiǎn)絲、有時(shí)是芯片,,可能很少有人會(huì)追究這個(gè)詞的用法,,為什么不是用“壞”而是用“燒”?其原因就是在機(jī)電產(chǎn)品中,,熱失效是最常見的一種失效模式,,電流過載,局部空間內(nèi)短時(shí)間內(nèi)通過較大的電流,,會(huì)轉(zhuǎn)化成熱,,熱聚。集不易散掉,,導(dǎo)致局部溫度快速升高,,過高的溫度會(huì)燒毀導(dǎo)電銅皮、導(dǎo)線和器件本身,。所以電失效的很大一部分是熱失效,。
那么問一個(gè)問題,如果假設(shè)電流過載嚴(yán)重,,但該部位散熱極好,,能把溫升控制在很低的范圍內(nèi),是不是器件就不會(huì)失效了呢,?答案為“是”,。
由此可見,如果想把產(chǎn)品的可靠性做高,,一方面使設(shè)備和零部件的耐高溫特性提高,,能承受較大的熱應(yīng)力(因?yàn)榄h(huán)境溫度或過載等引起均可);另一方面是加強(qiáng)散熱,,使環(huán)境溫度和過載引起的熱量全部散掉,,產(chǎn)品可靠性一樣可以提高。下面介紹下熱設(shè)計(jì)的常規(guī)方法。
我們機(jī)電設(shè)備常見的是散熱方式是散熱片和風(fēng)扇兩種散熱方式,,有時(shí)散熱的程度不夠,,有時(shí)又過度散熱了,那么何時(shí)應(yīng)該散熱,,哪種方式散熱最合適呢,?這可以依據(jù)熱流密度來評(píng)估,熱流密度=熱量 / 熱通道面積,。
按照《GJB/Z27-92電子設(shè)備可靠性熱設(shè)計(jì)手冊(cè)》的規(guī)定(如圖1),,根據(jù)可接受的溫升的要求和計(jì)算出的熱流密度,得出可接受的散熱方法,。如溫升 40℃(縱軸),,熱流密度0.04W/cm2(橫軸),按下圖找到交叉點(diǎn),,落在自然冷卻區(qū)內(nèi),,得出自然對(duì)流和輻射即可滿足設(shè)計(jì)要求。
圖1 冷卻的方法
大部分熱設(shè)計(jì)適用于上面這個(gè)圖表,,因?yàn)榛旧仙岫际峭ㄟ^面散熱,。但對(duì)于密封設(shè)備,則應(yīng)該用體積功率密度來估算,,熱功率密度=熱量 / 體積,。下圖(圖2)是溫升要求不超過40℃時(shí),不同體積功率密度所對(duì)應(yīng)的散熱方式,。比如某電源調(diào)整芯片,,熱耗為0.01W,體積為0.125cm3,,體積功率密度=0.1/0.125=0.08W/cm3,,查下圖得出金屬傳導(dǎo)冷卻可滿足要求。
圖2 溫升要求不超過40℃時(shí),,不同體積功率密度所對(duì)應(yīng)的散熱方式