可靠性概念讲义.ppt

* * 二 、电子电气设备散热及防护 电子产品的散热及防护 电子产品工作时其输出功率往往只占输入功率的一小部分，其功率损失一般都以热能的形式散发出来。实际上，电子产品内部任何具有实际电阻的载流元器件都是一个热源。当电子产品工作时，温度将升高。 电子产品工作时的温度与产品周围的环境温度有密切的联系，当环境温度较高或散热困难时，电子产品工作时所产生的热能难以散发出去，将使电子产品温升提高。 由于电子产品内的元器件都有一定的工作温度范围，若超过其极限温度，就要引起工作状态改变，寿命缩短甚至损坏。 电子产品的热设计，就是根据传热学的基本原理，采取各种散热手段，使电子产品的工作温度不起过其极限温度，从而保证电子产品在预定的环境条件下稳定可靠地工作。 1 热的传导方式 传热的基本方式有三种，即传导，对流和辐射。 热传导是指通过物体内部或物体间直接接触来传播热能的过程。热传导是通过物体内部或物体接触面间的原子，分子以及自由电子的运动来实现能量传播的。 Q=△t/RT 式中 Q ——单位时间内热传导的热量； △t——热传导时的温度差（℃）； RT ——热阻（℃/W）。 热阻是热流途径上的阻力大小。它包括热流通过物体内时的阻力，称为物体导热热阻Rs和热流通过两接触面时阻力，称为接触热阻Rc 。 RT =∑Rs+∑Rc 而 Rs=δ/（λ·S） Rc=1/（kc·S） 式中 δ——传热路径的长度(m)； S ——传导截面积(m2)； λ——导热系数（W/m·℃）； kc——接触传热系数（W/m2·℃） 热对流 热对流是依靠发热物体（或高温物体）周围的流体（气体或液体）将热能转移的过程。 Q=α·△t·S 式中 Q ——单位时间内对流所排出的热量(W)； α——散热系数(W/m2·℃)； △t——散热物体表面与冷却介质的温度差(℃)； S ——散热面积(m2)。 散热系数不仅与流体介质的性质有关，而且与对流的类型、对流的速度、散热物体的形状、位置等因素有关。 热辐射 热辐射是一种以电磁波（红外波段）辐射形式来传播能量的现象。热辐射是由于温度升高，物体原子振动的结果引起的。 Q =c·S[（T2/100） 4 -（T1/100）4] 式中 Q ——单位时间内辐射放出的热量(W)； c ——辐射系数(W /m2·K4)； S ——物体的辐射表面积(m2)； T2、T1——该物体及空气的绝对温度(K)。 2 散热防热的主要措施 ? 利用热传导、对流及辐射，把产品中的热量散发到周围的环境中去称为散热。 电子产品常用的散热方法有： ①自然散热； ②强迫通风散热； ③液体冷却； ④蒸发冷却； ⑤半导体制冷。 自然散热 自然散热是利用产品中各元件及机壳的自然热传导，自然热对流，自然热辐射来达到散热的目的。 （1）机壳自然散热 电子产品的机壳是接受产品内部热量并将其散到周围环境中去的机械结构，它在自然散热中起着重要作用。 机壳自然散热以下问题： ①选择导热性能好的材料做机壳，加强机箱内外表面的热传导。 ②为了提高机壳的热辐射能力，可在机壳内外表面涂粗糙的黑漆。 ③在机壳上，合理地开通风孔，可以加强气流的对流换热作用。 在机壳上开通风孔 的形式 （2）电子产品内部的自然散热 ①元器件的自然散热 电阻主要通过传导散热。因此在装配电阻时，引线应尽可能短一些，并且要加大与其它元件的距离。其它元器件类似于电阻。 变压器主要依靠传导散热，要求铁心与支架、支架与固定面都要良好接触，使其热阻最小。 晶体管依靠管壳及引线的对流、辐射和传导散热。大功率的晶体管应该采用散热器散热。 集成电路主要依靠外壳及引线的对流、辐射和传导散热。当集成电路的热流密度超过0.6W/㎝2时 ，应装散热装置，以减少外壳与周围环境的热阻。