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    散熱器選型真實體驗

    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鰭片的散熱片。以下將散熱器稱為散熱片。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時所產生內部損失的散熱。
    實際需要達到的狀態是,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

    安裝功率放大器,在排出方向并排安裝4個風扇,然后加電。隨著功率慢慢升高,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,確認了散熱片的溫度分布情況(圖2)。從確認結果來看,只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

    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板(圖3)。增加銅板后,散熱效果改善了30W左右,但未能取得更大進展。

    圖3

    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

    我一度擔心,面積縮小后是否會出現什么影響,但實際加電后發現,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范圍的情況下,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,基座厚度只是增加5mm就會發生這么大的變化。

    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。
    特別是這種散熱設計對電子儀器來說是非常重要的規格?!霸谝幐駮蠎摏]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確認。

    其中,本次的實物如下所示(照片1)。僅供參考。

    照片1

    TEXT BY
    武者 琢實
    解決方案開發部 解決方案開發課

    [主要產品開發業績]
    交流電源系統
    急速充電系統
    恒流電源系統等

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