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新型大功率LED電源散熱設(shè)計(jì)方案

有一產(chǎn)品原來(lái)的外型是這樣的:
 

內(nèi)部的芯片的散熱方式是在芯片上涂導(dǎo)熱硅脂,加散熱器,通過(guò)散熱風(fēng)扇采用主動(dòng)散熱的方式。
借鑒很多戶外通信產(chǎn)品的散熱設(shè)計(jì),多采用被動(dòng)式散熱方式,不使用散熱風(fēng)扇,能達(dá)到密封帶來(lái)的好處:防塵、防潮。使用桶狀散熱鋁槽
選用的鋁槽規(guī)格是:

PCB板上有A、B兩芯片需要做散熱處理:
A
芯片與散熱鋁槽內(nèi)壁間距是3mm,B芯片與散熱鋁槽內(nèi)壁間距是4mm,分別使用了T3.5x35x35mmT4.5x20x20mm兩片軟性硅膠導(dǎo)熱墊.分別墊在A、B芯片上。為對(duì)芯片有所保護(hù),選擇了軟性硅膠導(dǎo)熱墊中SPE1型號(hào),軟硬度是15,壓縮模量是可達(dá)30%
在軟性硅膠導(dǎo)熱片上再加一片不銹剛鋁片:
最后就是組裝了:
現(xiàn)在產(chǎn)品的散熱問(wèn)題得到了徹底的解決。原來(lái)的產(chǎn)品雖然有風(fēng)扇,但熱量始終是在產(chǎn)品內(nèi)部交換。通過(guò)這種方式之后,熱量由內(nèi)而外被真正的導(dǎo)到了散熱鋁槽上,而且是在暴露在外部空氣的對(duì)流中,所以得到了很好的散熱效果。
  
另外,用散熱鋁槽做外殼,省了外客的費(fèi)用,取代散熱片,減少了散熱風(fēng)扇系統(tǒng)這一塊,綜合成本上降低了將近20%

 軟性硅膠導(dǎo)熱墊的作用是很廣泛的,因?yàn)橥瑫r(shí)具有良好的導(dǎo)熱與絕緣的雙重特性.
 以下是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的散熱設(shè)計(jì):
因?yàn)橐觾?nèi)置電源,先墊上兩片軟性硅膠導(dǎo)熱墊:
再加上電源,將電源上的熱量由內(nèi)而外傳遞到金屬外殼上,大大增加了散熱面積,外界的通風(fēng)更好,從而達(dá)到良好的散熱效果.

當(dāng)然,還有芯片需要散熱:
墊一片0.5mm厚度雙面背膠的導(dǎo)熱硅膠片,加一""型散熱器:
再加一片有一定厚度的硅膠導(dǎo)熱墊,同時(shí)起到防震作用。
將蓋板蓋上,就能將熱量傳遞到機(jī)殼上了!

 很多通信產(chǎn)品的散熱,是通過(guò)厚厚鋁鑄外殼,鋁鑄外殼的中間有一塊或幾塊鋁板隔成幾層,不同的PCB板在鋁板上下分布,首先將PCB板上的各類芯片或功率器件發(fā)出的熱量通過(guò)加墊不同厚度的軟性硅膠導(dǎo)熱墊導(dǎo)到鋁板上,再導(dǎo)到鋁鑄外客上.
但要注意鋁板與鋁鑄外殼間的接觸,直接影響熱量的傳遞.
為了安裝上的穩(wěn)定性,現(xiàn)在采用的辦法是:
我個(gè)人認(rèn)為這樣不是太好的辦法,這使得鋁板與鋁鑄外殼間的接觸只有通過(guò)銅彈簧片那幾點(diǎn),導(dǎo)熱面積非常有限,既鋁板熱量不能很暢通地傳到鋁鑄外殼上.空氣的導(dǎo)熱系數(shù)是0.03w/m.k,軟性硅膠導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)是2.45w/mk,比空氣的導(dǎo)熱能力強(qiáng)了很多,但鋁的導(dǎo)熱系數(shù)在340w/mk,這才是散熱所在.不知哪位高手有好的建議,敬請(qǐng)?zhí)岢鰜?lái)與大家分享!

 在研制設(shè)備設(shè)計(jì)為全密封式結(jié)構(gòu),內(nèi)部熱量首先通過(guò)熱傳導(dǎo)、對(duì)流換熱和輻射換熱傳向機(jī)箱,再通過(guò)對(duì)流、輻射換熱傳到周圍介質(zhì)中,最后借助飛機(jī)本身的環(huán)控氣流將熱量帶走。所以,熱設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是把各模塊產(chǎn)生的熱量通過(guò)熱阻小的路徑迅速有效地傳到密封機(jī)箱外部環(huán)境中去。其設(shè)計(jì)步驟如下:
  首先,機(jī)箱模塊和各結(jié)構(gòu)件均采用重量較輕、導(dǎo)熱性能好的鋁合金制成,機(jī)箱內(nèi)外表面涂覆黑色無(wú)光漆,以提高其導(dǎo)熱和輻射換熱的能力。
  其次,對(duì)于各單元模塊的印制板,為了提高其導(dǎo)熱能力,采用導(dǎo)熱條式散熱印制板,即在元器件與印制板之間加入一層銅導(dǎo)熱條。安裝時(shí)將印制板上所有發(fā)熱元器件跨接在導(dǎo)熱條上,同時(shí)在元器件和導(dǎo)熱條之間充填導(dǎo)熱硅膠,以消除空氣間隙,進(jìn)一步減小元器件和導(dǎo)熱條之間的接觸熱阻,使元器件產(chǎn)生的熱量迅速傳到導(dǎo)熱條上。資料表明,涂導(dǎo)熱硅膠()可使接觸熱阻降低25%35%,甚至更大。集成電路貼裝在導(dǎo)熱條上時(shí)按發(fā)熱量的大小分別由外向內(nèi)有規(guī)則地排列。
  再次,將各單元模塊用緊固件固定在支撐架上,支撐架與機(jī)箱模塊之間用楔型導(dǎo)軌連接,這樣,支撐架將各模塊產(chǎn)生的熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)、輻射換熱等傳遞到機(jī)箱模塊上。這樣,整個(gè)設(shè)備的傳導(dǎo)散熱路徑為:元器件導(dǎo)熱條印制板支撐架導(dǎo)軌機(jī)箱機(jī)箱周圍空氣冷卻。由于楔型導(dǎo)軌采用了楔型鎖緊裝置,能產(chǎn)生較大機(jī)械應(yīng)力,減小了兩接觸面之間的接觸熱阻,提高了熱傳導(dǎo)能力。資料表明,楔型導(dǎo)軌單位長(zhǎng)度上的熱阻分別為G型導(dǎo)軌的1/6B型導(dǎo)軌的1/4,U型導(dǎo)軌的1/3 設(shè)計(jì)中,我們注意到各單元模塊中功放模塊的功耗最大,是主要的發(fā)熱單元,為了提高其散熱能力,單獨(dú)制作了帶散熱器的盒子(功放盒),盒體外表面進(jìn)行黑色無(wú)光澤導(dǎo)電陽(yáng)極化處理,將選好的功放電路板及發(fā)熱量大的芯片直接安裝在盒體內(nèi)側(cè),并將功放盒作為全密封式結(jié)構(gòu)的一個(gè)部件安裝在設(shè)備后側(cè),使其直接和周圍介質(zhì)進(jìn)行熱交換。

 特別是在無(wú)風(fēng)扇散熱設(shè)計(jì)中,因軟性硅膠導(dǎo)熱片導(dǎo)熱好,絕緣強(qiáng),有一定的彈性,將芯片上的熱量,利用軟性硅膠導(dǎo)熱片等一直導(dǎo)到產(chǎn)品外殼,通過(guò)金屬外殼散熱,使用很方便。

統(tǒng)計(jì)資料表明電子元器件溫度每升高2度,可靠性下降10 %;溫升50度時(shí)的壽命只有溫升25度時(shí)的1/6。溫度是影響設(shè)備可靠性最重要的因素。這就需要在技術(shù)上采取措施限制機(jī)箱及元器件的溫升,這就是熱設(shè)計(jì)。熱設(shè)計(jì)的原則,一是減少發(fā)熱量,即選用更優(yōu)的控制方式和技術(shù),如移相控制技術(shù)、同步整流技術(shù)等技術(shù),另外就是選用低功耗的器件,減少發(fā)熱器件的數(shù)目,加大粗印制線的寬度,提高電源的效率。二是加強(qiáng)散熱,即利用傳導(dǎo)、輻射、對(duì)流技術(shù)將熱量轉(zhuǎn)移.
在做傳導(dǎo)散熱設(shè)計(jì)時(shí),因選擇主動(dòng)散熱還是選擇被動(dòng)散熱,對(duì)導(dǎo)熱材料的選擇就會(huì)有很多不同.
導(dǎo)熱材料分填縫導(dǎo)熱材料和間隙導(dǎo)熱材料.
縫隙導(dǎo)熱材料厚度多在0.5mm,間隙導(dǎo)熱材料使用厚度在0.5mm以上.
其中填縫導(dǎo)熱材料有:導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱云母片、導(dǎo)熱陶瓷片、導(dǎo)熱矽膠片、導(dǎo)熱雙面膠等。主要作用是填充發(fā)熱功率器件與散熱片之間的縫隙,通常看似很平的兩個(gè)面,其實(shí)接觸面積不到40%,又因?yàn)榭諝馐遣涣紝?dǎo)熱體,導(dǎo)熱系數(shù)是僅有0.03w/m.k,填充縫隙就是用導(dǎo)熱材料填充縫隙間的空氣.所以有散熱設(shè)計(jì)工程師開(kāi)玩笑說(shuō):在你的電腦的CPU與散熱片間涂牙膏或許比使用導(dǎo)熱硅脂都要好,如果你能涂的夠薄夠均勻的話!
間隙導(dǎo)熱材料有導(dǎo)熱硅膠墊、導(dǎo)熱泡棉、導(dǎo)熱橡膠片。
隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展,芯片的尺寸越來(lái)越小,同時(shí)運(yùn)算速度越來(lái)越快,發(fā)熱量也就越來(lái)越大,如英特爾處理器3.6G奔騰4終極版運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量最大可達(dá)115W,這就對(duì)芯片的散熱提出更高的要求。設(shè)計(jì)人員就必須采用先進(jìn)的散熱工藝和性能優(yōu)異的散熱材料來(lái)有效的帶走熱量,保證芯片在所能承受的最高溫度以內(nèi)正常工作。電子設(shè)備及終端外觀越來(lái)越要求向薄小發(fā)展,電視從CRT發(fā)展到液晶平板電視,臺(tái)式電腦到筆記本電腦,還有數(shù)字機(jī)頂盒,便攜式CD等,散熱設(shè)計(jì)就與傳統(tǒng)的形式不同,因該類產(chǎn)品比較薄小。
對(duì)這些外觀扁平的產(chǎn)品而言,首先,從空間來(lái)說(shuō)不能使用更多的散熱鋁片和風(fēng)扇,從整體上說(shuō)不允許加強(qiáng)冷式散熱設(shè)計(jì),不能使用對(duì)流形式(特別是通信戶外設(shè)備)。同樣輻射散熱的方式在扁平的空間也難以做到。所以大家不約而同地都想到了利用機(jī)殼散熱,其好處是不要考慮因風(fēng)扇而另加風(fēng)扇電源(風(fēng)扇不轉(zhuǎn)了怎么辦?),不會(huì)因風(fēng)扇而引起的更多的灰塵,沒(méi)有了因風(fēng)扇而起的噪音。只要散熱設(shè)計(jì)得當(dāng),完全可以達(dá)到散熱要求.
有一液晶電視生產(chǎn)廠家,以前電視內(nèi)置電源部分是使用風(fēng)冷的散熱方式,現(xiàn)分別在電源變壓器、主芯片、功率管共有的散熱片加墊T7x35x35mm、T4.5x15x20mmT10x20x25mm三中不同厚度規(guī)格的軟性硅膠導(dǎo)熱墊將熱量導(dǎo)到金屬框架上,不再使用散熱風(fēng)扇了,達(dá)到了很好的散熱目的。
軟性硅膠導(dǎo)熱墊工藝厚度從0.5mm~5mm不等,0.5mm一加,0.5mm 1mm 1.5mm 2mm一直到5mm,特殊要求可增至10mm,導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)2.45w/mk,同時(shí)具有非常好的絕緣性能..阻燃防火性能符合U.L 94V-0 要求,并符合歐盟SGS環(huán)保認(rèn)證,工作溫度一般在-50220,因此,是非常好的導(dǎo)熱材料 .又其特別柔軟,專門為利用間隙傳遞熱量的設(shè)計(jì)方案生產(chǎn),能夠填充縫隙,完成發(fā)熱部位與散熱部位的熱傳遞,增加導(dǎo)熱面積,同時(shí)還起到減震 絕緣 密封等作用,能夠滿足社設(shè)備小型化 超薄化的設(shè)計(jì)要求,是極具工藝性和使用性的新材料.且厚度適用范圍廣,特別適用于汽車、顯示器、計(jì)算機(jī)和電源等電子設(shè)備行業(yè).                  

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zesongl
LV.4
2
2011-03-05 08:44
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fenq9
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2011-03-06 20:42
頂,散熱很重要
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tuyushan
LV.4
4
2011-03-28 14:15
頂起來(lái)先
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