電子設備熱控制是為保證電子設備及其元件、器件在規定溫度範圍內正常工作所採取的冷卻、加熱或恆溫等措施。
基本介紹
- 中文名：電子設備熱控制
- 冷卻：自然冷卻
- 冷卻：強迫通風冷卻
- 特點：利於減小傳熱路徑上的熱阻
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冷卻
利用熱傳導、對流換熱和輻射換熱把元件、器件耗散的熱量散發至周圍環境。現代電子設備常用的冷卻方法有：自然冷卻、強迫通風冷卻、液體冷卻、蒸發冷卻、汽水雙相流冷卻、半導體致冷、熱管散熱等。冷卻方法的選擇主要取決於元件、器件或設備的表面發熱功率密度及其所允許的溫升。 電子設備熱控制
自然冷卻 利用發熱元件、器件與周圍物體之間的熱傳導、空氣的對流以及輻射換熱進行散熱。自然冷卻設計的主要問題是：①電子設備發熱元件、器件的布局，應有利於減小傳熱路徑上的熱阻和由於安裝不當而引起的熱應力。對於電晶體電路，應設法降低電晶體的結溫，使其低於所允許的最高結溫。大功率電晶體可以用型材散熱器或叉指散熱器冷卻。積體電路可以採用導熱條（板）進行傳導散熱。為了減小電子元件、器件安裝界面的熱阻，可在界面上塗一薄層導熱脂。對印製板較多的電子設備，應注意其板間距離不應過小，以免影響板間的對流換熱。②電子設備箱櫃結構的熱設計：電子設備的箱櫃起著接收機箱、機櫃內部耗散的熱量並把它散發到周圍環境中去的作用。增加機殼表面的粗糙度，可以提高機箱、機櫃的熱輻射能力；機殼表面的顏色對熱輻射能力並沒有明顯的影響。為了提高電子設備內、外的對流散熱能力，可在機殼上開通風孔，但進、出風口應該遠離，以免氣路短流而影響散熱效果。
電子設備熱控制
強迫通風冷卻（風冷）：利用通風機迫使空氣流過發熱元件、器件的表面進行散熱。風冷可分為抽風式和鼓風式兩種。抽風式適用於風阻小、熱源分布比較均勻的電子設備；鼓風式適用於風阻較大、熱源比較集中的電子設備。必要時可將風機串聯(提高風壓)、並聯（增大風量）或混聯使用。同時，根據需要還可增加通風管道，對電子設備的各個部分（按發熱量）分配風量。
液體冷卻（液冷）：利用液體的熱容量比空氣大、冷卻能力也比風冷大的原理進行冷卻的方法。在用風冷不能將電子設備耗散的熱量充分散發時，可以採用液冷。液冷分浸沒冷卻和強迫液冷兩類。浸沒冷卻是將元件、器件連同印製板直接浸入冷卻液中，利用冷卻液的對流和氣化進行冷卻。浸沒冷卻的機箱設有冷凝器，用以冷卻箱內的蒸汽。強迫液冷是用泵迫使冷卻液流過發熱元件、器件（直接液冷），或流過安裝發熱元件、器件的冷板（間接液冷）進行冷卻。受熱的冷卻液經過換熱器進行二次冷卻，並流回到冷卻液箱，然後再對發熱元件、器件或冷板進行冷卻。液冷的設計方法和風冷基本相同，其主要問題是正確選擇冷卻液、泵和換熱器等。在直接液冷時,冷卻液的比熱、導熱係數、絕緣強度要大,電氣特性和化學穩定性要好，同時還應具有合適的密度、粘度、沸點和燃點等。目前常用的冷卻液有去離子水、矽有機油、變壓器油和氟碳化合有機液等。
蒸發冷卻：利用液體（如水、氟碳化合物等）沸騰時吸收大量汽化熱的原理，對大功率電子器件或功率密度很高的積體電路進行冷卻。圖3為大功率發射管的水蒸發冷卻系統。蒸發鍋內的發射管工作時，將自身耗散的熱量傳給水，水達到飽和溫度後開始沸騰變成蒸汽，蒸汽經汽室上升沿蒸汽管道進入冷凝器，冷凝水經由回水管返回到蒸發鍋。採用均壓管和活動水箱，可將水位控制在一定的位置上。 電子設備熱控制
汽水雙相流冷卻：利用水的自然循環冷卻和蒸發冷卻組成的冷卻系統進行冷卻。其冷卻效果比單獨的水冷或水蒸發冷卻效果更好。
半導體致冷 ：又稱溫差電致冷，它是以塞貝克效應、珀耳帖效應為基礎的一種冷卻方法。半導體致冷的溫差電偶是利用特製的N型半導體和P型半導體，用銅連線片焊接或粘接而成。接通直流電源後，吸熱的一端稱冷端，放熱的一端稱熱端，將發熱元件、器件放在冷端的冷板上，其熱量被傳到熱端散發掉。如將電源極性反接，就能逆向工作（加熱）。因此，它適用於電子設備的恆溫控制。改變致冷對的對數和工作電流的大小，便可獲得所需要的致冷量。
熱管散熱：熱管是一個含有工作液和多孔吸液芯的管狀真空容器，它利用工作液的相變過程進行傳熱。熱管的傳熱效率很高，並具有良好的等溫性。它可以把大量熱能以很小的溫降輸送到散熱器。熱管既適用於集中熱源的散熱，也適用於分散熱源的傳熱。發熱的電子元件、器件可以和熱管做成一體,也可以安裝在熱管上,或安裝在裝有熱管的冷板上（圖4 ）。電子設備中使用的熱管有兩種：一種是管狀熱管，用於熱源和散熱器分離的場合，設計時應儘可能減小熱源和熱管加熱端之間的熱阻；另一種是扁平熱管，用於調平溫度。 電子設備熱控制
恆溫
電子設備的恆溫可採用單層或多層的加熱恆溫槽。恆溫槽內壁的絕緣材料採用石棉、聚氨酯塑膠和玻璃纖維等。變換半導體致冷器的極性就可控制其工作狀態（加熱或冷卻），利用半導體致冷器作恆溫器，其恆溫精確度可達±0.5～1℃。利用熱管的等溫性，在熱管中充入一定量的惰性氣體，當熱源溫度變化時熱管中惰性氣體的體積就發生變化，同時外部表面的散熱面積也發生變化，從而達到恆溫的目的。
參考書目
南京工學院主編：《電子設備結構設計原理》，江蘇科學技術出版社，南京，1981。
