散热器设计的基本计算
一、概念
1、 热路：由热源出发，向外传播热量的路径。在每个路径上，必定经过一些不同的介质， 热路中任何两点之间的温度差，都等于器件的功率乘以这两点之间的热阻，就像电
路中的欧姆定律，与电路等效关系如下。
热路
电路
热耗 P （W）
电流 VabI （A）
温差 △T=T1－T2 （℃）
电压 Vab=Va－Vb （V）
3、 电源的热设计是和电路设计密不可分的，实际情况往往因为空间问题，把散热设 计到最大化，也就刚刚满足需求，而热路的设计只能截止到外壳，外壳（或散热器） 的温度怎么办？这就需要电路设计来降低功耗，甚至和客户讨论如何给电源散热，
这就需要我们是否能提的出所有计算数据。 4、 关于余量问题，建议只要满足结温和温升限制，即可保证产品工作的可靠性。 5、 热设计的装配工艺应符合相应的工艺规范，首先确保装配的难度不大，其次考虑
热阻 Rth=△T/P （℃/ W）
电阻 R=Vab/I （Ω）
热阻串联 Rth=Rth1＋Rth2＋…
电阻串联 R=R1＋R2＋…
热阻并联 1/Rth=1/Rth1＋1/Rth2＋…
电阻并联 1/R=1/R1＋1/R2＋…
2、 热阻：在热路中，各种介质及接触状态，对热量的传递表现出的不同阻碍作用——
在热阻曲线图上选用足够尺寸的散热
器。
2、共用同一散热器（见右图） 分析 对于散热器而言，总的传热功耗为：
J1
J2
P 总＝Pj1＋Pj2
那么散热器的温升为：
△T 散热器＝Rthsa·（Pj1＋Pj2） 每只管子的传热路径中，热阻引起的温升为：
△Tj1＝（Rthjc1＋Rthcs1）·Pj1
△Tj2＝（Rthjc2＋Rthcs2）·Pj2
在热路中产生温度差,形成对热路中两点间指标性的评价。
符号——Rth
单位——℃/W。
稳态热传递的热阻计算: Rth= (T1－T2)/P
T1——热源温度（无其他热源） （℃)
T2——导热系统端点温度 （℃) 热路中材料热阻的计算: Rth=L/(K·S)
L——材料厚度 （m)
S——传热接触面积 （m2)
黄铜 纯铝
30％Zn
109
绝缘布矽胶片 佳日丰泰
1.6
237
导热石墨片 佳日丰泰
16 垂直
铝合金 铝合金 铝合金 铝合金 铝合金
铁 不锈钢
1070 1050 6063 6061 7075
226
1900 平面
209
硅胶垫
佳日丰泰
5.0
201
矽胶套帽 佳日丰泰
1.0
160
相变基膜 佳日丰泰
1.4
130
T 结温＝（Rthjc＋Rthcs＋Rthsa）·P＋T 环温＜手册推荐结温 注：注意单位统一；判定结温温升限值是否符合。
2) 散热器热阻计算（参见上图）
散热器的热阻一般可在由厂家提供的热阻曲线上标出，也可通过测试得出。 测试
在被测散热器上安装一发热器（or 组）件,固定一个风速（M/S），测量进、出风
装配的步骤减少，即适应批量的流水装配作业。
3、 导热率：是指当温度垂直向下梯度为 1℃/m 时，单位时间内通过单位水平截面积所
传递的热量。
符号——K or λ
单位—— W／m-K，
常用材料导热率（20℃取上限值）
W／m-K
银
429
橡胶
Rubber
0.26
纯铜
401
灌封硅胶
TCS-260
0.577
紫铜
T1～T4
397
氧化铝陶瓷片 佳日丰泰
30
2、 温升限值
器件、内部环境、外壳： △T≤60℃
器件每升高 2℃，可靠性下降 10％；器件温升为 50℃时，寿命只有温升 25℃的 1/6，
电解电容温升超过 10℃，寿命下降 1/2。
三、计算
1外壳 c
绝缘垫 散热器 s
环境空气 a
1) 结温计算 热路分析 热传递通道：管芯 j→功率外壳 c→散热器 s→环境空气 a
J1 的最大结温：Tjmax1＝（Rthjc1＋Rthcs1）·Pj1＋Rthsa·（Pj1＋Pj2）＋T 环境 J2 的最大结温：Tjmax2＝（Rthjc2＋Rthcs2）·Pj2＋Rthsa·（Pj1＋Pj2）＋T 环境 注： 判定计算出的最大结温，是否小于手册推荐结温；
判定结温温升限值是否符合；
矽硅膜
鑫鑫顺源
0.9
80
导热膏
KDS-2
0.84
17
空气
0.04
二、热设计的目标
1、 确保任何元器件不超过其最大工作结温（Tjmax） 推荐：器件选型时应达到如下标准
民用等级：Tjmax≤150℃
工业等级：Tjmax≤135℃
军品等级：Tjmax≤125℃
航天等级：Tjmax≤105℃
以电路设计提供的，来自于器件手册的参数为设计目标
热路中，所有温升之和加上环境温度就是最大结温，即：
Tjmax1＝△Tj1＋△T 散热器＋T 环境 条件
Tjmax2＝△Tj2＋△T 散热器＋T 环境
Pj1——电路设计计算 Pj2——电路设计计算 Rthjc1——器件手册查询 Rthjc2——器件手册查询 Rthcs1——材料热阻：Rth 绝缘垫=L 绝缘垫厚度／（K 绝缘垫·S 绝缘垫接触 c 的面积） Rthcs2——材料热阻：Rth 绝缘垫=L 绝缘垫厚度／（K 绝缘垫·S 绝缘垫接触 c 的面积） Rthsa——散热器热阻曲线图查询 T 环境——任务指标中的工作环境要求 计算
温度，通过计算，得出该条件下的 Rthsa。设定一组风速，得出的不同 Rthsa 值， 绘制出该散热器的热阻曲线，不同长度的散热器，可得到不同的曲线。 条件
T 进风——进口温度 T 出风——相同风速下的出口温度 P——电路设计计算的，发热器（or 组）件的功耗 计算
Rthsa＝（T 出风－T 进风）／P 注：亦可根据已有条件，如管芯的△T 和功耗，计算出所需散热器的热阻上限，
注：因 Rthca 较大，忽略不影响计算，故可省略。
条件
Rthja≈Rthjc＋Rthcs＋Rthsa≈(T 结温－T 环温)/P
Rthjc——器件手册查询 Rthcs——材料热阻：Rth 绝缘垫=L 绝缘垫厚度／（K 绝缘垫·S 绝缘垫接触 c 的面积） Rthsa——散热器热阻曲线图查询 T 结温——器件手册查询（待计算数值） T 环温——任务指标中的工作环境要求 P ——电路设计计算 计算
注意计算时单位要统一。
四、经验
1、 热路的分析和计算，由于影响因素较为复杂，可以忽略一些影响小的参数，来简 化计算，但一定要注意影响趋势的方向，是有利于传热的，可以作为设计余量储备， 由于影响小，所以不会影响经济性。
2、 还是因为影响因素复杂，理论计算是设计指导，结果一定以试验结论判定，埋点 测温是最有效的验证方式。