【经验】电子产品外壳自然散热能力的工程估算

时间： 2020-05-12 来源：世强

在产品研发的时候，通常要对电子元器件是否满足温度规格进行评估。影响电子的元器件温度通常有两个关键因素：电子元器件节点到产品外壳的热阻，外壳到环境的热阻。第一个热阻通常可以采用导热垫片或导热凝胶构建电子元器件到外壳的导热通道来有效降低。通常博恩、parker chomerics、鸿富城等大厂品类丰富的导热硅胶片可以满足各类产品不同场景的应用要求。而第二个热阻，因为通常外壳处于自然环境中，以自然散热的方式散发热量，最有效的降阻方法是增大外壳表面积。那么，产品研发人员设计产品外壳时肯定会面临下面这个问题：现在这个外壳能满足器件散热要求吗？或者是，多大外壳（多大表面积）可以满足产品的散热要求？

为了回答这个的问题，下面介绍一种简单的外壳散热量的工程近似计算的方法,计算公式如下：

该公式适用于外壳完全密封的产品，且假设外壳温度均匀。公式的第一项是计算自然对流的散热量，第二项是计算产品外壳的辐射散热量。自然对流中，产品外壳的各个表面的换热现象是不同的，不同的表面积采用了不同的有效系数。比如顶端面属于热面朝上的自然对流换热形式，换热能力强，面积有效系数为4/3。从公式可以很明显看出，外壳表面温差是产品研发要控制的变量，改善散热，增大的外壳表面散热量最主要是增大外壳表面积和增大表面辐射发射率。

那如何估算外壳有开孔的产品呢？在密闭产品的估算公式的基础上增加开孔通风散热量项。产品外壳开孔需要有进风孔和出风孔，开孔位置的设置需要能形成有效的自然对流且能放置气流短路。公式中通风孔面积一般指出风孔的面积，通风孔处风速为出风孔风速，自然散热条件下通风孔出风孔风速一般在0.1-0.2m/s范围内。

下面以一个例子来说明公式的使用。某一个产品外壳尺寸为200(W)*200(L)*300(H)，产品处于35℃环境中，外壳温度为85℃且温度均匀。根据上面的公式制作的excel计算表，计算结果见下图，当产品不开孔时，外壳散热能力大约为119W；当产品上下端面开通风孔，开孔率0.3，计算可得开孔面积0.012m^2，此时产品的总散热能力大约为179W。

最后，重申一下，以上公式为工程近似估算的方法，实际产品中会有更多的现实因素影响产品的外壳散热能力，比如因为产品内部热功耗分布不均匀导致的产品外壳温度场不均匀性、外壳不同的开孔位置、开孔方式导致的自热空气对流场的差异等等。如若需要精确、详细评估产品散热，可以在世强元件电商平台申请免费热仿真服务，可预约前往热仿真工作站（深圳），免费使用Smart CFD热仿真软件，通过CFD软件仿真模拟，为您的产品选择合适的散热方案。世强有专业CAE工程师为你服务。世强也可以协调Aavid为你的产品定制从设计到量产的一体化散热解决方案。

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ACE Lv8. 研究员 2020-05-12

学习了

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