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散熱器選型真實體驗
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驗證功率放大器的散熱器
大家好,我是解決方案開發課的武者。我的名字看上去很威武,但本人卻是性格溫厚的普通人。本稿是我首次在專欄中投稿,請大家多多關照。
今天的話題是不能采用常規方法的散熱器選型作業。
在某項工作中,需要考慮功率放大器的散熱器選型。所使用的功率放大器容量非常大,電流達到40A,功率則達到400W。
我的任務就是使用這款放大器,驗證在功率達到200W時能夠充分散熱的散熱器。
散熱器選型的條件
散熱器采用鋁合金材質的帶鳍片的散熱片。以下将散熱器稱為散熱片。安裝位置受到制約,其高度限制約為40mm。必須和使用風扇的強制空冷并用,實現功率放大器功率達到200W時所産生内部損失的散熱。
實際需要達到的狀态是,在25℃的環境溫度下,功率放大器的機箱溫度為70℃。另外,功率放大器采用的是散熱面一側帶銷的DIP型,大小為40mm×40mm。形狀略顯不規則,在安裝方面很是苦惱。
散熱片的選型
依據耗電量,連接點-外殼間的熱阻,外殼-散熱片間的熱阻,放大器的連接點溫度,環境溫度等計算散熱片熱阻。另外還涉及到通過風扇進行強制空冷的問題,因此結合冷卻風的特性數據,選擇了通用的散熱片。
最終,選擇的散熱片寬202mm×長200mm×高30m,基座厚度5mm(圖1)。
![圖1](../../static/picture/img_248.png)
安裝功率放大器,在排出方向并排安裝4個風扇,然後加電。随着功率慢慢升高,當達到100W左右時,功率放大器的外殼溫度快要上升到70℃。
因此,考慮增加風量,提高靜壓,于是在相反方向的吹入方向追加了4個風扇。繼續慢慢升高功率,當達到120W左右時,外殼溫度又上升到了70℃左右。
這時,确認了散熱片的溫度分布情況(圖2)。從确認結果來看,隻有功率放大器附近溫度上升,這說明熱量沒有充分擴散。
![圖2 相對于發熱部溫度的周圍溫度差分布](../../static/picture/img_342.png)
為了進一步促進熱量擴散,使用散熱膏在散熱片上粘貼了高導熱的銅闆(圖3)。增加銅闆後,散熱效果改善了30W左右,但未能取得更大進展。
![圖3](../../static/picture/img_430.png)
厚度發揮作用!
正在一籌莫展的時候,我接受了同事提出的建議,那就是增加基座厚度。于是準備了基座厚度為10mm的通用散熱片,這已經接近了高度限制的極限。
這是寬154mm×長200mm×高30m,基座厚度10mm的散熱片(圖4)。
![圖4](../../static/picture/img_527.png)
我一度擔心,面積縮小後是否會出現什麼影響,但實際加電後發現,當功率達到200W時,溫度成功控制在70℃左右。好像是基座的厚度起到了擴散熱量的作用。
最終的結論是,發熱部分集中在很狹小空間範圍的情況下,增加基座厚度比擴大散熱片面積更有效果。我以前從未想過,基座厚度隻是增加5mm就會發生這麼大的變化。
在日常工作中并不僅限這件事,我以前也一直試圖理解案頭計算的設計與現實之間的差距,但這次有了更加真實的體驗。
特别是這種散熱設計對電子儀器來說是非常重要的規格。“在規格書上應該沒事”的想法是非常危險的。必須通過預備試驗等方式對實物進行确認。
其中,本次的實物如下所示(照片1)。僅供參考。
![照片1](../../static/picture/img_621.png)
TEXT BY
武者 琢實
解決方案開發部 解決方案開發課
[主要産品開發業績]
交流電源系統
急速充電系統
恒流電源系統等