自然空气冷却情况下功率器件散热器的优化设计.pdf

维普资讯 第3期 电 子 元 件 与 材 料 Vo1．22No．3 2003年 3月 ELECTRONIC COMPONENTS＆MATERIALS M ar．2o03 自然空气冷却情况下功率器件散热器的优化设计 龙 吴，付桂翠，高泽溪 (北京航空航天大学工程系统工程系，北京 100083) 摘要 ：介绍了功率器件散热器的散热原理，提出散热器的优化问题。叙述了功率器件在 自然空气冷却状态下如何初选 散热器，并采用散热器优化软件对散热器进行优化设计。讨论 了散热器的理论优化和工程优化的不同，在工程实际情况 下功率器件如何与散热器达到最优匹配；还分析了不同工作状态下界面热阻、功耗和热辐射等因素对散热效果的影响． 关键词：热设计：热阻：散热器：优化 中图分类号：TN305．94；TN609 文献标识码：A 文章编号：1001．2028 (2003)03．0018．04 TheOptimum ThermalDesignofHeatSinksintheCooled byNaturalConvection LONG Hao，FUGui-cui，GAO Ze-xi (DepartmentofSystemsEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing 100083，China) Abstract：Theworkingprincipleofheatsinksisexplained．Th eselectionofheatsinksforpowercomponentscoolde by naturalconvectioniSdiscussed． Computersoftwarewasusedintheoptimizationoftheheatsinks．Th edifferencesbetween thetheoreticaloptimizationandthepracticaloptimizationraecompraed．Th eoptimi zedmatchofpowercomponentswiththe heatsinksinpracticalworkingsituationsisalsodiscussde ，Th eeffectsofinterfaceresistance，powerandthermalradiationon coolinginvariousenvironmentsraenaalyzde ， Keywords：htemr aldesign；thermalresistna ce；heatsinks；optimi zation 随着现代电子设备对可靠性要求、性能指标、功 图 1所示 。 率密度等的进一步提高，电子设备的热设计也越来越 重要。功率器件是多数电子设备中的关键器件，其工 作状态的好坏直接影响整机可靠性。功率器件尤其是 大功率器件发热量大，仅靠封装外壳散热无法满足散 热要求，需要配置合理散热器进行有效散热。以前所 探讨的散热器的优化设计，单纯从散热器的热阻方面 考虑其散热性能，但是当器件安装散热器之后，要考 虑的是在器件允许结温范围内，散热器和功率器件的 最优匹配，以使散热器重量轻，体积小，成本低 。 图 1 散热优化沉程 图 Fig．1 Thecoolingoptimizationflowchart 1 功率器件散热器优化设计