電子產品元器件的散熱控制系統原理
溫度對元器件的影響:一般而言,溫度升高電阻阻值降低;高溫會降低電容器的使用壽命;高溫會使變壓器、扼流圈絕緣材料的性能下降, 一般變壓器、扼流圈的允許溫度要低于95C;溫度過高還會造成焊點合金結構的變化—IMC增厚,焊點變脆,機械強度降低;結溫的升高會使晶體管的電流放大倍數迅速增加,導致集電極電流增加,又使結溫進一步升高,最終導致元件失效。
電子產品工作時,輸入功率只有一部分作用輸出,還有很多的電能轉化成熱能, 使電子產品的元器件溫度升高。而元器件允許的工作溫度都是有限的,如果實際溫度超 過了元器件的允許溫度,則元器件的性能會變壞,甚至燒毀。晶體管、電阻、電容、變壓器、 印制電路板等都是如此。
尤其是晶體管,其最大的弱點是對溫度十分敏感。 溫度變化對電子電路的工作狀態、電路性能有影響。對于晶體管,其結溫越高,放大 倍數越高。此外溫度對晶體管的壽命也有影響。結溫過高將會降低晶體管的使用壽命。
電子產品熱控制的目的是要為芯片級、元件級、組件級和系統級提供良好的溫度環境,保證它們在規定的溫度環境下,能按預定的參數正常地工作。熱控制系統必須在規定 的使用期內,完成所規定的功能,并以最少的維護保證其正常工作。
電子產品熱控制系統設計的基本任務是在熱源至外空間提供一條低熱阻的通道,保證熱量迅速傳遞出去,以便滿足可靠性的要求。
(1)保證熱控制系統具有良好的冷卻功能,即可用性。要保證產品內的電子器件均 能在規定的熱環境中正常工作,每個元器件的配置必須符合安裝要求。
(2)由于現代電子產品的安裝密度在不斷地提高,它們對環境因素表現出不同的敏 感性,且各自的散熱量也很不一樣,熱控制系統設計就必須為它們提供一種適當的“微氣 候”(即人為地造成電子產品中局部冷卻的氣候條件),保證產品不管環境條件如何變化, 冷卻系統都能按預定的方式完成規定的冷卻功能。
(3)保證產品熱控制系統的可靠性。在規定的使用期限內,冷卻系統的故障率應比 元器件的故障率低,為保證產品正常地工作,常采用冗余方案來保證冷卻系統的可靠性,同時要在系統中安裝安全保護裝置,例 如流量開關、溫度繼電器、壓力繼電器等。
(4)熱控制系統應有良好的適應性。
代理設計中可調性必須留有余地,因為有的產品在工作一段時間后,由于工程上的變化,可能會引起熱損耗或流體流動阻力的增加,則要求增大其散熱能力,這樣無須多大的變更就能增加其散熱能力。
(5)熱控制系統應有良好的維修性。為了便于測試、維修和更換元器件,產品中的關 鍵元器件要易于接近和取放。
(6)熱控制系統應有良好的經濟性。經濟性包括熱控制系統的初次投資成本、日常運行和維修費用等。熱控制系統的成本只能占整個產品成本的一定比例。
設計一個性能良好的熱控制系統,應綜合考慮各方面的因素,使其既能滿足熱控制的要求,又能達到電氣性能指標,所用的代價最小、結構緊湊、工作可靠。而這樣一個熱控制系統,往往要經過一系列的技術方案論證和試驗之后才能達到。