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数字电子芯片的散热阻值计算

发布时间:2018-7-27     来源:电子散热器
 
     数字电子芯片的散热阻值计算需要根据对应的计算公式来算出具体数值,在普通的数字电路设计中,我们很少考虑到集成电路的散热,因为低速芯片的功耗一般很小,在正常的自然散热条件下,芯片的温升不会太大.随着芯片速率的不断提高,单个芯片的功耗也逐渐变大,例如:Intel的奔腾CPU的功耗可达到 25W.当自然条件的散热已经不能使芯片的温升控制在要求的指标之下时,就需要使用适当的散热措施来加快芯片表面热的释放,使芯片工作在正常温度范围之内. 
如何判断芯片是否需要增加散热措施
 如何判断芯片是否需要增加散热措施 【铝合金散热器】
    第一步:搜集芯片的散热参数.主要有:P、Rja、Rjc、Tj等 
    第二步:计算Tc-max:Tc-max=Tj- Rjc*P 
    第三步:计算要达到目标需要的Rca:Rca=(Tc-max-Ta)/P 
    第四步:计算芯片本身的Rca’:Rca’=Rja-Rjc 
    如果Rca大于 Rca’,说明不需要增加额外的散热措施. 
    如果Rca小于Rca’,说明需要增加额外的散热措施.比如增加散热器、增加风扇等等. 

    如前所述,Rja不能用于准确的计算芯片的温度,所以这种方法只能用于简单的判断.而不能用于最终的依据.下面举一个简单的例子: 
   例:某芯片功耗——1.7W;Rja——53℃/W;Tj——125℃;Rjc——25℃/W,芯片工作的最大环境温度是50℃.判断该芯片是否需要加散热器,散热器热阻是多少. 
    Tc-max=Tj- Rjc*P 
          =125℃-25℃/W*1.7W 
          =82.5℃ 
    Rca=(Tc-max-Ta)/P 
          =(82.5-50)1.7 
          =19.12℃/W 
    Rca’=Rja-Rjc 
          =53-25 
          =28℃/W 
    Rca小于Rca’,所以需要增加散热器. 
    散热器的热阻假设为Rs,则有: 
    Rs//Rca’小于Rca 
    Rs*28/(Rs+28)小于19.12 
    Rs小于60.29℃/W 
    所以选用的散热器热阻必须小于60.29℃/W.
在普通的数字电路设计中,我们很少考虑到集成电路的散热,因为低速芯片的功耗一般很小,在正常的自然散热条件下,芯片的温升不会太大.随着芯片速率的不断提高,单个芯片的功耗也逐渐变大,例如:Intel的奔腾CPU的功耗可达到 25W.当自然条件的散热已经不能使芯片的温升控制在要求的指标之下时,就需要使用适当的散热措施来加快芯片表面热的释放,使芯片工作在正常温度范围之内. 
    通常条件下,热量的传递包括三种方式:传导、对流和辐射.传导是指直接接触的物体之间热量由温度高的一方向温度较低的一方的传递,对流是借助流体的流动传递热量,而辐射无需借助任何媒介,是发热体直接向周围空间释放热量. 
在实际应用中,散热的措施有散热器和风扇两种方式或者二者的同时使用.散热器通过台车式退火炉的芯片表面的紧密接触使芯片的热量传导到散热器,散热器通常是一块带有很多叶片的热的良导体,它的充分扩展的表面使热的辐射大大增加,同时流通的空气也能带走更大的热能.风扇的使用也分为两种形式,一种是直接安装在散热器表面,另一种是安装在机箱和机架上,提高整个空间的空气流速.与电路计算中最基本的欧姆定律类似,散热的计算有一个最基本的公式: 
                  温差 = 热阻 × 功耗 
    在使用电子散热器的情况下,散热器与周围空气之间的热释放的"阻力"称为热阻,散热器与空气之间"热流"的大小用芯片的功耗来代表,这样热流由散热器流向空气时由于热阻的存在,在散热器和空气之间就产生了一定的温差,就像电流流过电阻会产生电压降一样.同样,散热器与芯片表面之间也会存在一定的热阻.热阻的单位为℃/W.选择散热器时,除了机械尺寸的考虑之外,最重要的参数就是散热器的热阻.热阻越小,散热器的散热能力越强。
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