1.使用产品制造商提供的热阻来评估散热器性能
散热器热阻是评估散热器在特定应用中性能的常用方法。通过将散热器的热阻Rth乘以冷却设备的耗散功率q,再加上环境温度Tamb,可以确定设备的外壳温度Tc。选择散热器的典型方法是首先使用等式1计算所需的散热器热阻,然后选择热阻小于或等于计算值的散热器。
如果用这种方法测量的热阻来选择散热器,由于散热器的热阻不是恒定的,所以经常会发生所选散热器不满足散热要求的情况。同一散热器的热阻将随着热源相对于散热器参考平面的尺寸而变化。如果您使用的热源明显小于制造商在测试实际散热器时使用的热源,热阻值可能远远高于制造商的测试值。这是因为当热量从热源区域流向散热器的顶面时,存在热扩散阻力。与散热器的基板面积相比,热源面积越小,散热器的散热阻力越大,散热器的总热阻越大。在强制对流冷却的情况下,对流扩散阻力对散热器的影响大。
散热器制造商提供的散热器热阻通常为76.2毫米长。应当注意,当散热器轮廓相同时,散热器的热阻不会随长度(即散热器的深度)线性增加。随着长度的增加,扩散阻力随着热源面积与散热器底部面积之比的减小而增加。这样,部分表面积的增加所带来的传热益处被扩散阻力的增加所抵消。此外,随着散热器长度的增加,散热器的传热效率也会在对流期间降低。
2.仅基于表面积选择散热器
当确定散热器所需的表面积时,许多物品通常给出单位面积的散热值。这将使许多人认为简单地增加散热器的表面积可以改善散热器的性能,事实并非如此。散热器的性能不仅取决于表面积,还取决于散热器的所有相关尺寸,其中关键的是散热片之间的间距。
当翅片之间的间距在某一点减小时,热传递将恶化,这主要是由于热边界层厚度的增加。热边界层通常被描述为散热器翅片表面附近的空气温度高于环境温度的区域。当空气进入翅片之间的空间并沿着翅片的长度增长时,热边界层是很薄的。翅片之间的间距越近,热边界层与相邻翅片融合得越快。这将产生更高温度的空气区域,从而降低空气从散热器表面到散热片的热传递速率。为了获得低的散热器温度和冷却源的低温度,必须在散热片的间距和散热器的表面积之间达到平衡。
热边界层的厚度也与传热速率成比例。较短的散热器将比具有相同翅片间距和表面积的其他散热器具有更好的散热性能。
为了证明佳翅片间距的重要性,让我们比较散热器热阻变化与散热器翅片数量之间的关系。散热器的底部垂直放置,散热器通过自然对流散热。在这个例子中,辐射热交换被忽略。热源的长度和宽度均为25.4毫米,热源发出的热量为20W..
3.使用大风扇流量来评估散热器性能
冷却风扇制造商通常在列出风扇性能时指定大风扇流量,这对不熟悉风扇的人来说很容易产生误导。
风扇的流速与风扇的压降成反比。当风扇的压降为零时,流速大,而这仅仅是在风扇前方或后方没有障碍物时,允许空气自由流入和流出风扇时才会发生。一旦有障碍物放置在风扇前面,诸如散热器等等,风扇上就会有一些正压降,障碍物对来流空气阻挡越大,压降越大。
散热器翅片的密度越大,空气的流动阻力就越大,从而导致风扇上的压降更高并且风扇提供的空气流量更低。风扇压力流量曲线与散热器压力流量曲线的交点,就是风机的工作点。要使得在某一风量下具有大的散热量,必须选择合理的风扇和散热器尺寸,绝不可以使用风机的大流量来评估散热性能。