本帖最后由 mornsunfae 于 2014-7-9 23:09 编辑
1 某些基本概念
1.1 温升
指电源模块表面温度与环境温度的差。如果忽略温度变化对空气物性的非线性影响，可以将一般环境温度下（如室温25℃）测量获得的温升直接加上最高可能环境温度获得最恶劣环境下的器件近似温度。例如在室温下测得某器件温升为40℃，则在55℃最高环境温度下该器件的温度将为95℃。
1.2 热耗
指元器件或电源模块正常运行时产生的热量。对于电源模块，其热耗即损耗等于输入有功功率减去输出有功功率。电源模块的效率比较高，一般为70%~95%，对于同一个电源模块，一般情况下输出功率越小，效率越低。
1.3 热流密度
单位面积上的传热量，单位W/m2。
1.4 热阻
热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力的大小，表明了1W热量所引起的温升大小，单位为℃/W或K/W。用热耗乘以热阻，即可获得该传热路径上的温升。 可以用一个简单的类比来解释热阻的意义，换热量相当于电流，温差相当于电压，则热阻相当于电阻。
以下是一些单板元器件热分析使用的重要热阻概念，这些热阻参数一般由元器件生产厂商根据标准实验测量提供，可在器件的用户说明书中查出：
1.4.1 结至空气热阻Rja：元器件的热源结（junction）到周围冷却空气（ambient）的
总热阻，乘以其发热量即获得器件温升。
1.4.2 结至壳热阻Rjc：元器件的热源结到封装外壳间的热阻，乘以发热量即获得结与
壳的温差。
1.4.3 结至板热阻Rjb：元器件的结与PCB板间的热阻，乘以通过单板导热的散热量即
获得结与单板间的温差。
1.5 导热系数
表征材料导热性能的参数指标，它表明单位时间、单位面积、负的温度梯度下的导热量，单位为W/m.K或W/m.℃
1.6 对流换热系数
反映两种介质间对流换热过程的强弱，表明当流体与壁面的温差为1 ℃时，在单位时间通过单位面积的热量，单位为W/m2.K或W/m2.℃
1.7 层流与紊流(湍流)
层流指流体呈有规则的、有序的流动，换热系数小，热阻大，流动阻力小；紊流指流体呈无规则、相互混杂的流动，换热系数大，热阻小，流动阻力大。层流与紊流状态一般由雷诺数来判定。在热设计中，尽可能让热耗大的关键元器件周围的空气流动为紊流状态，因为紊流时的换热系数会是层流流动的数倍。
2 热量传递的基本方式及传热方程式
热量传递有三种方式：导热、对流和辐射，它们可以单独出现，也可能两种或三种形式同时出现
2.1导热的基本方程：
导热是在同一种介质中由于存在温度梯度所产生的传热现象。
Q1 = λ× A ×ΔT/ΔL (2-1)
Q1：热流量，Ｗ
λ：导热系数，W/(m•K)
Ａ：垂直于热流方向的横截面面积，m2
ΔT ：两端温度差，K（℃）
ΔL ： 两端的距离，m
根据方程的形式，可以看出，要增强散热量，减小温升，可以增加导热系数，选
用导热系数高的材料，如铜（约360W/m℃）或铝（约160W/m℃）；增加导热方向上
的截面积；减小导热方向上的路径。
2.2 对流的基本方程：
对流是由流体与流体流经的固体表面之间存在的温差产生的换热现象。
Q2 = h ﹡ A ﹡ ΔT （2-2）
Q2：为热对流所带走的热量，W
h：为热对流换热系数值， W/(m2•K)
ΔT:对流换热壁面温度与经过的流体温度的温差， K（℃）
A :为对流换热有效面积，m2。
由方程可见，要增强对流换热，可以加大换热系数和换热面积。
2.3 辐射的基本方程：
Q3 =ε﹡ A1 ﹡ σ ﹡ （T14-T24）
Q3：为辐射换热量，W
ε ：物体的发射率，习惯称呼物体黑度，其值介于（0-1之间）
A1 ：辐射的有效表面积，m2
σ ：黑体辐射常数，其值为5.67 x 10-8W/(m2 •K4)
T1 ：物体有效辐射表面的温度,K
T2 ：物体所在的空间温度,K
由方程可见，要增加辐射换热，可以提高热源表面的黑度和到冷表面的角系数，
增加表面积。
3 增强散热的方式
以下一些具体的散热增强方式，其实就是根据上述三种基本传热方程来增加散热量的：
3.1 增加有效散热面积。如在电源模块表面安装散热器；将热量通过引线或导热绝缘材料导到PCB板中，利用周围PCB板的表面散热。
3.2 增加流过表面的风速，可以增加换热系数。
3.3破坏层流边界层，增加扰动。紊流的换热强度是层流的数倍，抽风时，风道横截面上速度分布比较均匀，风速较低，一般为层流状态，换热避面上的不规则凸起可以破坏层流状态，加强换热，针状散热器和翅片散热器的换热面积一样，而换热量却可以增加30%，就是这个原因。吹风时，风扇出口风速分布不均，有主要流动方向，局部风速较高，一般为紊流状态，局部换热强烈，但要注意回流低速区换热较差。
3.4 尽量减小导热界面的接触热阻。在接触面可以使用导热硅胶（绝缘性能好）或铝箔等材料。
3.5 设法减小散热热阻。在屏蔽盒等封闭狭小空间内的单板器件主要通过空气的受限自然对流和导热、辐射散热，由于空气的导热系数很小，所以热阻很大。如果将器件表面和金属壳内侧通过导热绝缘垫接触，则热阻将大大降低，减小温升。
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