电子设备的热设计

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电子设备的热设计
郝云刚（1. 中国兵器工业第五八研究所 投资管理处，四川 绵阳 621000；
刘玲  2. 中国兵器工业第五八研究所 数控事业部，四川 绵阳 621000）
摘要：热设计是保证电子设备能安全可靠工作的重要条件。介绍了热力学散热理论，从散热方法的选择以及器
件的布局等方面详细地说明了电子设备结构设计中热设计的基本步骤，介绍了一些新的散热技术与方法。总结得来
的热设计技术和经验对于结构设计有重要辅助作用。

关键词：热设计；对流；散热
中图分类号：O551.3 文献标识码：A

Thermal Design of Electronic Equipment
HAO Yun-gang1, LIU Ling
(1. Management Office of Investment, No. 58 Research Institute of China Ordnance Industries, Mianyang 621000, China;
2. Dept. of CNC Engineering, No. 58 Research Institute of China Ordnance Industries, Mianyang 621000, China)
Abstract: Thermal design is an important condition for electron-equipment’s reliability. Introduce thermodynamic
theory about elimination of heat, expound the basic steps of thermal design from how to choose the technique about
elimination of heat and the element layout in detail, discuss some new technique and methods about elimination of heat.
The theory and experience from practice about thermal design have important assistant effect in configuration design.
Keywords: Thermal design; Convection; Elimination of heat

0 引言
电子设备工作时，其输出功率只占设备输入功率的一部分，其损失的功率都以热能形式散发出去，尤其是功耗较大的元器件，如：变压器、功耗大的电阻等，实际上它们是一个热源，使设备的温度升高。因此，热设计是保证电子设备能安全可靠工作的重要条件之一，是制约设备小型化的关键问题。
另外，电子设备的温度与环境温度有关，环境温度越高，电子设备的温度也越高。由于电子设备中的元器件都有一定的温度范围，如果超过其温度极限，就将引起设备工作状态的改变，缩短其使用寿命，甚至损坏，使电子设备无法稳定可靠地工作。
电子设备的热设计就是根据热力学的基本原理，采取各种散热手段，使设备的工作温度不超过其极限温度，保证电子设备在预定的环境条件下稳定可靠地工作。故对其进行研究。
1 理论基础
热力学第二定律指出：热量总是自发的、不可逆转的，从高温处传向低温处，即：有温差存在，就有热量的传递。热量传递是一种普遍的自然现象。
热传递现象常是不同基本方式的主次组合。这些基本方式包括热传导、热对流和热辐射。
在电子设备的冷却中普遍采用对流方式。对流是固体表面与流体表面间传热的主要方式。功耗首先以传导方式传递到与流体相接触的表面，通过对流传入流体中，然后该流体再流到其他地方。

2 一般热设计步骤
2.1 熟悉元器件的参数
确定元器件的各种参数，如：结温、内阻、标称额定功率、使用功率、耗散功率、满足可靠性指标时的结温以及工作环境的温度范围，先尽量选用耐高温的元器件。
2.2 散热方法的选择
对于一些小型化、高功率密度的元器件来说，由于体积、成本等因素的影响，采用自然风冷作为主要的散热方式，有2 个要点：
1) 通过自然对流的方式，将热量从模块外壳和暴露表面传至空气中，热量由元器件间形成的沟道散发到周围的环境中。
2) 通过辐射的方式，将热量从器件的暴露外壳辐射到周围物体表面上。主要依靠自然对流和热辐射来散热，所以器件周围的环境一定要通风良好，便于热量的快速散发，有必要时可在器件的周围加散热孔，且散热孔要对通，便于空气流通。此时的散热量受到机箱表面积和通风孔面积的制约。

不错，谢谢。