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工程熱設計注意事項解讀
摘要: 在調試或維修電路的時候,我們常提到一個詞“××燒了”,這個××有時是電阻,、有時是保險絲、有時是芯片,,可能很少有人會追究這個詞的用法,為什么不是用“壞”而是用“燒”,?其原因就是在機電產品中,,熱失效是最常見的一種失效模式,,電流過載,,局部空間內短時間內通過較大的電流,,會轉化成熱,,熱聚,。集不易散掉,,導致局部溫度快速升高,過高的溫度會燒毀導電銅皮,、導線和器件本身,。
Abstract:
Key words :

在調試或維修電路的時候,我們常提到一個詞“××燒了”,,這個××有時是電阻,、有時是保險絲,、有時是芯片,可能很少有人會追究這個詞的用法,,為什么不是用“壞”而是用“燒”,?其原因就是在機電產品中,,熱失效是最常見的一種失效模式,,電流過載,,局部空間內短時間內通過較大的電流,會轉化成熱,,熱聚,。集不易散掉,導致局部溫度快速升高,,過高的溫度會燒毀導電銅皮,、導線和器件本身。所以電失效的很大一部分是熱失效,。

  那么問一個問題,,如果假設電流過載嚴重,,但該部位散熱極好,能把溫升控制在很低的范圍內,,是不是器件就不會失效了呢,?答案為“是”,。

  由此可見,,如果想把產品的可靠性做高,,一方面使設備和零部件的耐高溫特性提高,能承受較大的熱應力(因為環(huán)境溫度或過載等引起均可),;另一方面是加強散熱,,使環(huán)境溫度和過載引起的熱量全部散掉,,產品可靠性一樣可以提高。下面介紹下熱設計的常規(guī)方法,。

  我們機電設備常見的是散熱方式是散熱片和風扇兩種散熱方式,,有時散熱的程度不夠,有時又過度散熱了,,那么何時應該散熱,,哪種方式散熱最合適呢?這可以依據熱流密度來評估,,熱流密度=熱量 / 熱通道面積,。

  按照《GJB/Z27-92電子設備可靠性熱設計手冊》的規(guī)定(如圖1),根據可接受的溫升的要求和計算出的熱流密度,,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,,落在自然冷卻區(qū)內,得出自然對流和輻射即可滿足設計要求,。

圖1 冷卻的方法

  大部分熱設計適用于上面這個圖表,,因為基本上散熱都是通過面散熱。但對于密封設備,,則應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,,不同體積功率密度所對應的散熱方式,。比如某電源調整芯片,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冷卻可滿足要求,。

圖2 溫升要求不超過40℃時,不同體積功率密度所對應的散熱方式

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