电子产品热设计（二）
三、电子产品热设计的基本问题及要求
对电子产品进行热设计，需要事先明确几个问题。
（1）电子产品（包括发热元器件）的热特性
热设计的基本依据是元器件的热特性（也叫热的边界条件），包括元器件（或产品）的发热功率、发热元器件（或产品）的散热面积，发热元器件或热敏元器件（或产品）的最高允许工作温度及温度环境等。这些数据参数一般由元器件数据手册（制造厂家提供）给出，设计师借此确定散热方案及冷却介质流量。当这种数据资料不足时，原则上不能准确地进行热设计，需要设计者通过测量和试验确定各个参数，以保证设计的准确性。
（2）元器件（或产品）的环境温度
热传导的原则是：热量总是从高温物体传给低温物体，热传递的速度与温差、传输方式（或介质）有关。相同的传输方式下，温差越大热量传递越快。可见，电子产品（包括发热元器件）的最终温度除了与元器件的热特性有关外，还与所处的环境温度密切相关。因此，进行热设计前必须准确了解电子产品（或元器件）所处工作环境的温度。
实际工作中，通常根据元器件（或产品）的工作环境温度及元器件（或产品）的最高允许温度确定散热系统中冷却剂的进出口温度（温差值），并将此作为热设计初步估算时的参考数据。
热设计的原则是把产品的温度限制在某一最大和最小的范围内，尽量使电子产品内各点之间的温差最小，具体要求包括：
① 保证系统具有良好的冷却功能。
根据产品的热损耗值、用途及温升等要求来确定冷却方法。在热回路中元器件的发热表面到连接物之间的热阻（热量传递过程的阻力）应尽量小；不同元器件间应采用不同的散热措施，目的是保证电子产品内的所有元器件均能在规定的热环境中正常工作。
② 保证冷却系统工作的可靠性。
不管环境如何变化，冷却系统必须能以重复的和预定的方式完成所规定的功能。在规定的使用期限内，冷却系统的故障率应比元器件的故障率低。
③ 冷却系统要具有良好的适应性。
设计冷却系统时，应留有散热余量。因为有的产品在工作一段时间后，由于某些因素的变化，如热耗散或流体流动阻力的增加，会要求增强散热能力，如果没有余量则需进行重新设计，会带来不必要的麻烦和成本增加。
④ 冷却系统的设计要有良好的经济性。
设计一个良好的冷却系统，必须综合考虑各方面的因素，使其既能满足冷却要求，又能达到电气性能的指标，同时所用的冷却代价最小、结构紧凑、工作可靠。
⑤ 冷却系统要有良好的可维修性。
冷却系统的设计应力求简单，尽可能使用最少的和通用的元器件，以便于维修和更换。
四、电子产品热设计原则
热设计的基本原则是可制造性、可维修性、经济性。即以最简化的设计、最低的成本满足产品的使用要求。
根据经验，热设计一般应遵循以下设计原则：
① 热流密度超过0．08W／cm2、体积功率密度超过0．18W／cm3时，应采用强迫空气冷却、强迫液体冷却、蒸发冷却、热管或其他冷却方法。
② 若电子元器件之间的空间有利于空气流动或可以安装散热器，推荐采用强迫空气冷却系统。
③ 对于必须在高温环境条件下工作，元器件与被冷却表面之间的温度梯度又很小的部件或体积功耗密度很高的元器件或设备，推荐使用液冷式散热系统。
④ 一般情况下，设计时应使一切外露部分（包括机箱）工作在35℃环境温度以下，且它们的温度不得超过60℃，面板和控制器不应超过43℃。
⑤ 热设计应与电气设计、结构设计、可靠性设计等同时进行，当出现矛盾时，应平衡分析，折中解决。但不得损害电气性能，并要符合可靠性要求，以使设备的寿命周期费用降至最低。
⑥ 设计冷却系统时，必须考虑经济性、体积及质量等因素，应最大限度地利用传导、辐射、对流等基本冷却方式，避免外加冷却装置。
⑦ 设计冷却系统时，必须考虑到可维修性，要从整个系统的角度出发选择热交换器、冷却剂及管道，同时冷却剂不能对交换器和管道有腐蚀作用。
⑧ 在温度敏感的元器件或设备周围应设置温度监控装置，以便当其周围温度超出该元器件允许工作温度范围时提供报警或自行断电，以保护设备安全（需要长期连续运行的电子设备不适用）。
⑨ 热设计中允许有较大的误差，设计过程的早期应对冷却系统进行数值分析和计算。
