原创 说说器件的散热设计

2012-2-6 09:37 4210 9 26 分类: 消费电子

 

常问设计师“设计的板子做热测试了没有”,答曰“不用测,我摸了一遍,这板子上没有感觉烫的器件”。如此理解,大错矣。
 
举例说明:某两款笔记本电脑,本人亲自用过的(为避免惹麻烦,不公布其名字),某款I厂家的键盘,摸着温温的,不热;另一款H厂家的,摸着键盘发烫。我暗忖之,到底这两款哪家的散热更好?
 
I家的壳体不热,两种可能,一种是人家低功耗做得好,结温也不高;第二种是散热做得很差,结温很高,但隔热做得好,散不出来,有烧毁的巨大风险。
 
另一种H厂家的键盘发热自然也是两种可能,一是散热做得好,结温和壳温差不很多,摸着外面很烫,但里面其实也就那样了,问题不大;第二种是外面热,里面更热,那才叫个怕怕。
 
以上二均为一线大品牌(具体是哪两家,亲们,你们懂的,I是老牌的牌子,现在换成了L,H还在),我相信,他们都是很好的笔记本电脑,于是由此推理也就得出一个结论:单从器件表面的温度是不能判断出结温的,而使器件烧坏的是结温;因此单靠摸的手感来判断器件值得做热测试是错误的。那到底该如何做呢?
 
对MCU、驱动器件、电源转换器件、功率电阻、大功率的半导体分立元件、开关器件类的能量消耗和转换器件,热测试都是必须的。不论外壳摸起来热不热。
 
热测试分两种方式,接触式和非接触式,接触式的优点是测量准确,但测温探头会破坏一点器件的散热性能,毕竟要紧贴器件表面影响散热;非接触式尤其是红外测温,误差大,其测温特点是只能测局部范围内的最高温度点。
 
但这些测试测出的仅仅是壳体表面温度,结温是不能被直接测得的,只能再通过
 
△T = Rj * Q
 
计算得出。其中,
 
△T是硅片上的PN结到壳体表面的温度差(Tj-Ts),Ts即是测得的壳体温度,单位℃
 
Rj是从PN结到壳体表面的热阻,从器件的dadasheet上可以查到,单位℃/W
 
Q是热耗,单位W,对能量转换类的器件,(1-转换效率)*输入功率就是热耗,对非能量转换器件,即一般功能性逻辑器件,输入电功率约等于热耗。
 
 
 
如此,结温可以很容易的推算得出,如果(结温,输入电功率)的静态工作点,超出了器件负荷特性曲线的要求(见本博客2010-08-30发表的《器件环境温度与负荷特性曲线的常见错误》),则该器件的热设计必须重新来过。如此反复多次,直到器件的静态工作点满足负荷特性曲线的有效工作范围,则热设计和热测试通过。
 
另外曾有人问我,我们传导散热都是采取加散热片的方式加速散热,可壳体表面加了散热片,散热片又有热阻,岂不是加大了对散热的阻碍?初看此问题,愣怔片刻,似乎极其有理,但深究下可发现其中的问题,热阻不是仅仅有形的物体才有,无形的物质照样有热阻,比如空气。器件散热到空气中,其热阻链路包括:
 
PN结-壳表面的热阻、
 
壳表面到散热片的接触热阻、
 
散热片本身的热阻、
 
散热片表面到空气的基础热阻、
 
散热片外的局部环境到远端机箱外的风道的热阻,
 
加装了散热片后,从表面来看,散热片的热阻算是新增加进来的,但如果不加的话,机壳将直接与空气进行热交换,这两者间的热阻可就大大增加了,通过加了散热片,加大了散热面积,意思是说,其实:
 
壳-空气之间接触热阻>>(壳-散热片接触热阻+散热片热阻+散热片-空气的接触热阻)
 
由此可以看出,加了散热片,大大减小了散热通道的总热阻,仍然是对散热有很大贡献的。
 
大过年的,假期综合征还在困扰着每一位兄弟,估计也不愿多动一丝脑筋,我也就不罗嗦了,仓促之间,就当本文结尾是个猝死的结局吧。
 
祝新的一年健康,大吉。
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文章评论17条评论)

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wuyeqing_363494696 2015-8-3 08:12

这位游客朋友,愿闻其详。学术问题,欢迎探讨交流学习。敬请指正公式错误之处,以免误导列位读者

用户1406868 2015-7-17 07:33

这篇文章内容太肤浅了

用户1406868 2014-6-14 14:08

说的不对,理由牵强,公式混乱

用户1604852 2012-5-26 19:02

获益良多

用户1542445 2012-3-10 14:16

获益良多

用户1645878 2012-2-28 15:00

温升加上当前的环境温度就是器件工作时的最大结温

用户1600254 2012-2-23 10:40

热设计与热测试有许多名堂。

用户1623441 2012-2-22 21:35

IBM,HP?

用户1637762 2012-2-22 11:31

开篇的两段话的确有问题。

常问设计师“设计的板子做热测试了没有”,答曰“不用测,我摸了一遍,这板子上没有感觉烫的器件”。如此理解,大错矣。举例说明:某两款笔记本电脑,本人亲自用过的(为避免惹麻烦,不公布其名字),某款I厂家的键盘,摸着温温的,不热;另一款H厂家的,摸着键盘发烫。我暗忖之,到底这两款哪家的散热更好?

温度和热量在物理学中是有关联但不是同一种物理量,之间的关联关系并不是简单地同向。

同样以笔记本的板子来说,假如在所有工作状态下摸板子都不会发热,又没有其他发热的模块,那就不需要去摸键盘了。本身监测点就不同。

用户1525767 2012-2-7 08:49

武老师开篇的例子也许不很严谨,但是后面的计算分析的解释和知识传授,是要支持顶一下的。
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