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散热器选型真实体验

验证功率放大器的散热器

大家好,我是38坊如何开户?开发课的武者。我的名字看上去很威武,但本人却是性格温厚的普通人。本稿是我首次在专栏中投稿,请大家多多关照。

今天的话题是不能采用常规方法的散热器选型作业。
在某项工作中,需要考虑功率放大器的散热器选型。所使用的功率放大器容量非常大,电流达到40A,功率则达到400W。
我的任务就是使用这款放大器,验证在功率达到200W时能够充分散热的散热器。

散热器选型的条件

散热器采用铝合金材质的带鳍片的散热片。以下将散热器称为散热片。安装位置受到制约,其高度限制约为40mm。必须和使用风扇的强制空冷并用,实现功率放大器功率达到200W时所产生内部损失的散热。
实际需要达到的状态是,在25℃的环境温度下,功率放大器的机箱温度为70℃。另外,功率放大器采用的是散热面一侧带销的DIP型,大小为40mm×40mm。形状略显不规则,在安装方面很是苦恼。

散热片的选型

依据耗电量,连接点-外壳间的热阻,外壳-散热片间的热阻,放大器的连接点温度,环境温度等计算散热片热阻。另外还涉及到通过风扇进行强制空冷的问题,因此结合冷却风的特性数据,选择了通用的散热片。
最终,选择的散热片宽202mm×长200mm×高30m,基座厚度5mm(图1)。

图1

安装功率放大器,在排出方向并排安装4个风扇,然后加电。随着功率慢慢升高,当达到100W左右时,功率放大器的外壳温度快要上升到70℃。
因此,考虑增加风量,提高静压,于是在相反方向的吹入方向追加了4个风扇。继续慢慢升高功率,当达到120W左右时,外壳温度又上升到了70℃左右。

这时,确认了散热片的温度分布情况(图2)。从确认结果来看,只有功率放大器附近温度上升,这说明热量没有充分扩散。

图2 相对于发热部温度的周围温度差分布

为了进一步促进热量扩散,使用散热膏在散热片上粘贴了高导热的铜板(图3)。增加铜板后,散热效果改善了30W左右,但未能取得更大进展。

图3

厚度发挥作用!

正在一筹莫展的时候,我接受了同事提出的建议,那就是增加基座厚度。于是准备了基座厚度为10mm的通用散热片,这已经接近了高度限制的极限。
这是宽154mm×长200mm×高30m,基座厚度10mm的散热片(图4)。

图4

我一度担心,面积缩小后是否会出现什么影响,但实际加电后发现,当功率达到200W时,温度成功控制在70℃左右。好像是基座的厚度起到了扩散热量的作用。
最终的结论是,发热部分集中在很狭小空间范围的情况下,增加基座厚度比扩大散热片面积更有效果。我以前从未想过,基座厚度只是增加5mm就会发生这么大的变化。

在日常工作中并不仅限这件事,我以前也一直试图理解案头计算的设计与现实之间的差距,但这次有了更加真实的体验。
特别是这种散热设计对电子仪器来说是非常重要的规格。“在规格书上应该没事”的想法是非常危险的。必须通过预备试验等方式对实物进行确认。

其中,本次的实物如下所示(照片1)。仅供参考。

照片1

TEXT BY
武者 琢实
38坊如何开户?开发部 38坊如何开户?开发课

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