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1、电子设备热设计电子设备的强迫空气冷却电子设备的强迫空气冷却 在一些电子设备中，存在在一些电子设备中，存在大、中功率的集中热源大、中功率的集中热源或或功率密度很高功率密度很高的组装部件。如宽频带发射机的的组装部件。如宽频带发射机的发射管，其单个耗散功率都在千瓦以上；又如在发射管，其单个耗散功率都在千瓦以上；又如在计算机等一些高组装密度的电子设备中，每块印计算机等一些高组装密度的电子设备中，每块印制电路板上整齐地安装了许多集成电路组件，虽制电路板上整齐地安装了许多集成电路组件，虽然各元件的功耗不大，但因集成度高，功率密度然各元件的功耗不大，但因集成度高，功率密度也很高。对上述两种情况的散热，用自然
2、对流散也很高。对上述两种情况的散热，用自然对流散热的方式难于满足要求，大多采用强迫空气冷却热的方式难于满足要求，大多采用强迫空气冷却的方法来实现控制设备温升的目的。的方法来实现控制设备温升的目的。电子设备热设计电子设备的强迫空气冷却电子设备的强迫空气冷却 1.强迫空气冷却的基本形式强迫空气冷却的基本形式2.（1 1）单个电子元器件的强迫空气冷却）单个电子元器件的强迫空气冷却 3.在整机机柜中只有单个电子器件需要冷却时，在整机机柜中只有单个电子器件需要冷却时，例如雷达发射机中的大功率磁控管、行波管、例如雷达发射机中的大功率磁控管、行波管、调制管、阻尼二极管等需要集中风冷，其散热调制管、阻尼二极管
3、等需要集中风冷，其散热计算可以计算可以根据发热器件结构形状和气流流动方根据发热器件结构形状和气流流动方向与发热器件的相应关系向与发热器件的相应关系，实际工程中常常利，实际工程中常常利用用实验的方法实验的方法确定其散热形式。确定其散热形式。电子设备热设计电子设备的强迫空气冷却 1.强迫空气冷却的基本形式2.（1）单个电子元器件的强迫空气冷却 3.为了提高冷却效果，一般要设计一个专用风道，把发热器件装入风道内。气流沿发热器件轴线流动，因为有风道，为保证气流在环行间隙通道中呈湍流状态，必须设计一个比较适合的间隙。电子设备热设计电子设备的强迫空气冷却 1.强迫空气冷却的基本形式2.（1）整机抽风冷却
4、3.整机的抽风可分为有风管和无风管两种形式，如图4.抽风机可以装在机柜的后侧，也可以放在机柜的两侧，视具体情况而定。风道口的大小可根据每个分机或插箱的发热量来确定。空气入口抽风机空气出口密封机柜空气入口空气出口抽风机整机抽风冷却电子设备热设计电子设备的强迫空气冷却电子设备的强迫空气冷却 1.强迫空气冷却的基本形式强迫空气冷却的基本形式2.（2 2）整机抽风冷却）整机抽风冷却 3.抽风冷却主要适用于抽风冷却主要适用于热量比较分散的整机或机热量比较分散的整机或机箱箱。热量经。热量经专门的风道专门的风道直接排到设备周围的大气直接排到设备周围的大气中。中。4.抽风的特点是抽风的特点是风量大风量大，风压
5、小风压小，各部分，各部分风量比风量比较均匀较均匀。因此，整机抽风冷却常用在。因此，整机抽风冷却常用在机柜中各单机柜中各单元热量分布比较均匀元热量分布比较均匀，各元件需冷却表面的风阻各元件需冷却表面的风阻较小的情况较小的情况。5.由于热空气的密度较小，具有浮升力，因此由于热空气的密度较小，具有浮升力，因此抽抽风机一般都安装在机柜顶部风机一般都安装在机柜顶部或或上侧面上侧面，出风口出风口面面向向设备周围的大气设备周围的大气。电子设备热设计电子设备的强迫空气冷却电子设备的强迫空气冷却 1.强迫空气冷却的基本形式强迫空气冷却的基本形式2.（2 2）整机抽风冷却）整机抽风冷却 当各单元当各单元有热敏元件
6、时有热敏元件时，就需要有，就需要有专用的抽风管专用的抽风管道道。此时，。此时，上下各单元互不通气上下各单元互不通气，如图，如图(b)(b)所示。所示。为防止灰尘吸人，可在为防止灰尘吸人，可在进风口处装滤尘装置进风口处装滤尘装置。当机柜中部或顶部各单元需要风冷，但没有热当机柜中部或顶部各单元需要风冷，但没有热敏元件时，可不采用专用抽风管道的形式。敏元件时，可不采用专用抽风管道的形式。为了为了便于气流流通，便于气流流通，机柜底板以及中层各底板均需要机柜底板以及中层各底板均需要开孔，开槽开孔，开槽。为防止气流短路，只允许在机柜底为防止气流短路，只允许在机柜底侧开百叶窗或通风孔等侧开百叶窗或通风孔等。
7、电子设备热设计电子设备的强迫空气冷却 1.强迫空气冷却的基本形式2.（3）整机鼓风冷却 3.整机鼓风冷却也可以分为有鼓风管道和无鼓风管道两种形式。4.整机鼓风的特点是风压大，风量比较集中。整机鼓风冷却通常用在单元内热量分布不均匀，各单元需要专门风道冷却，风阻较大，元件较多的情况下。5.整机鼓风冷却建议采用有风管的形式，这样便于控制各单元的风量。电子设备热设计电子设备的强迫空气冷却 1.强迫空气冷却的基本形式2.（3）整机鼓风冷却 3.整机鼓风冷却也可以分为有鼓风管道和无鼓风管道两种形式。4.整机鼓风的特点是风压大，风量比较集中。整机鼓风冷却通常用在单元内热量分布不均匀，各单元需要专门风道冷却，
8、风阻较大，元件较多的情况下。5.整机鼓风冷却建议采用有风管的形式，这样便于控制各单元的风量。电子设备热设计电子设备的强迫空气冷却 1.强迫空气冷却的基本形式2.一般在强迫风冷时，辐射与自然对流散热量约占总散热量的10左右。3.电子设备热设计电子设备的强迫空气冷却电子设备的强迫空气冷却 1.强迫空气冷却的基本形式强迫空气冷却的基本形式2.一些大型电子设备一些大型电子设备(如计算机、载波通讯机等如计算机、载波通讯机等)，采用了，采用了大量的印制电路板大量的印制电路板。3.为了提高为了提高电子线路对电磁干扰的屏蔽能力电子线路对电磁干扰的屏蔽能力，常，常常把印制电路板装在一个用金属板件制成的密封常把印
9、制电路板装在一个用金属板件制成的密封小盒内，元件产生的热量通过盒内的小盒内，元件产生的热量通过盒内的对流、导热对流、导热和辐射，传给盒壁，再由盒壁传到冷却空气和辐射，传给盒壁，再由盒壁传到冷却空气，如，如图所示。图所示。4.印制电路板上的电子元件安装高度相差比较大印制电路板上的电子元件安装高度相差比较大时，应保证时，应保证最高元件与屏蔽盒内壁之间最高元件与屏蔽盒内壁之间的的间隙不间隙不小于小于23mm23mm，否则将影响盒子内部的自然对流。，否则将影响盒子内部的自然对流。5.PCB内部对流内部辐射外部对流外部辐射电子设备热设计电子设备的强迫空气冷却电子设备的强迫空气冷却 1.强迫空气冷却的基本
10、形式强迫空气冷却的基本形式2.有的电子设备，有的电子设备，强迫通风时潮湿空气强迫通风时潮湿空气将将影响印影响印制电路板的电气性能制电路板的电气性能。因此，它们的技术条件规。因此，它们的技术条件规定，定，不允许不允许冷却空气直接与电子元器件或电子线冷却空气直接与电子元器件或电子线路路接触接触，冷却空气通过由，冷却空气通过由电子机箱壁形成的热交电子机箱壁形成的热交换器换器，或通过由印制电路板背靠背形成的，或通过由印制电路板背靠背形成的空心冷空心冷却空气通道却空气通道，如图所示。，如图所示。3.印制电路板用印制电路板用金属板或导热条作为导热材料金属板或导热条作为导热材料，这样可以这样可以缩短从电子元
11、件至冷却空气的热流路径缩短从电子元件至冷却空气的热流路径长度长度，减小元件的温升减小元件的温升。印制电路板上。印制电路板上元件的引元件的引线不宜伸人空心通道，以免增加风阻线不宜伸人空心通道，以免增加风阻。进风道出风道插座引线处底板PCB电子设备热设计电子设备的强迫空气冷却电子设备的强迫空气冷却 1.强迫空气冷却的基本形式强迫空气冷却的基本形式2.空心印制电路板风冷设计的主要问题是密封。空心印制电路板风冷设计的主要问题是密封。要保证冷却空气不从印制电路板通道上泄露，有要保证冷却空气不从印制电路板通道上泄露，有三种常用的密封方法：锥形三种常用的密封方法：锥形印制电路板边缘与软印制电路板边缘与软的密
12、封垫界面接触形成密封结构的密封垫界面接触形成密封结构；搭接界面，；搭接界面，以以密封垫密封印制电路板端边的外表面密封垫密封印制电路板端边的外表面，如图所示；，如图所示；将将有通道的印制电路板重叠在一起，四角用四个有通道的印制电路板重叠在一起，四角用四个螺栓夹紧，印制电路板之间用螺栓夹紧，印制电路板之间用。O O形密封圈进行密形密封圈进行密封，如图所示。封，如图所示。3.电子设备热设计电子设备的强迫空气冷却 2.通风管道压力损失及结构设计 通风系统压力损失包括沿程阻力损失和局部阻力损失两种。沿程阻力是由气流相互运动产生的阻力及气流与系统(或管道内壁)的摩擦所引起的损失。局部阻力损失是气流方向发生
13、变化或管道截面发生突变引起的损失。电子设备热设计电子设备的强迫空气冷却 2.通风管道压力损失及结构设计 沿程阻力 适当缩短管道长度，增加管道直径 局部阻力损失1.50.10.530.150.05电子设备热设计电子设备的强迫空气冷却电子设备的强迫空气冷却 2.2.通风管道结构设计通风管道结构设计 对于有专门通风管道的强迫通风系统，正确地设对于有专门通风管道的强迫通风系统，正确地设计和安装通风管道对散热效果有较大的影响。通计和安装通风管道对散热效果有较大的影响。通风管道设计应注意以下几个问题：风管道设计应注意以下几个问题：通风管道应尽量短，缩短管道长度可以降低风道通风管道应尽量短，缩短管道长度可以
14、降低风道的阻力损失，制造和安装也简单。的阻力损失，制造和安装也简单。避免采用急剧弯曲的管道，以减少局部阻力损失。避免采用急剧弯曲的管道，以减少局部阻力损失。(3)(3)避免管道骤然扩展或骤然收缩。扩展的张角避免管道骤然扩展或骤然收缩。扩展的张角不得超过不得超过2020，收缩的锥角不得大于，收缩的锥角不得大于6060。(4)(4)为了获得最大的空气输送能力，应尽量使矩为了获得最大的空气输送能力，应尽量使矩形管道接近于正方形，矩形管道长边与短边之比形管道接近于正方形，矩形管道长边与短边之比不得大于不得大于6 6：1 1。电子设备热设计电子设备的强迫空气冷却电子设备的强迫空气冷却 2.2.通风管道结
15、构设计通风管道结构设计(5)(5)尽量使管道密封，所有搭接台阶都应顺着流动尽量使管道密封，所有搭接台阶都应顺着流动方向。方向。(6)(6)对一些大机柜应尽可能采用直的锥形风道。对一些大机柜应尽可能采用直的锥形风道。直管不仅容易加工，且局部阻力小；锥形直管能直管不仅容易加工，且局部阻力小；锥形直管能保证气流在风道中不产生回流保证气流在风道中不产生回流(负压负压)，可达到等量，可达到等量送风的要求。如大型计算机静压室等量送风管道送风的要求。如大型计算机静压室等量送风管道就属于这一类型。图就属于这一类型。图5959是某电子设备的通风管是某电子设备的通风管道图，它能实现对每个含有印制电路板单元等量道图
16、，它能实现对每个含有印制电路板单元等量送风的要求。送风的要求。(7)(7)进风口结构应使气流的阻力最小，且要起到滤进风口结构应使气流的阻力最小，且要起到滤尘作用。尘作用。(8)(8)应采用光滑材料做通风道，以减小摩擦损失。应采用光滑材料做通风道，以减小摩擦损失。电子设备热设计电子设备的强迫空气冷却电子设备的强迫空气冷却 3.3.其他因素的影响其他因素的影响 (1)(1)元件的排列元件的排列件的排列应交叉进行，这样可以增强气流的湍流件的排列应交叉进行，这样可以增强气流的湍流程度，提高散热效果。对于集成元件较多的印制程度，提高散热效果。对于集成元件较多的印制电路板，可考虑在集成元件之间加湍流器，以
17、提电路板，可考虑在集成元件之间加湍流器，以提高气流的湍流程度。若为多块印制电路板组件，高气流的湍流程度。若为多块印制电路板组件，板与板之间应保留板与板之间应保留13 mm13 mm左右的间距。左右的间距。电子设备热设计电子设备的强迫空气冷却电子设备的强迫空气冷却 3.3.其他因素的影响其他因素的影响 (2)(2)热源位置热源位置热敏元件应安置在气流的上游，发热量大的元件、热敏元件应安置在气流的上游，发热量大的元件、耐热性能好的元件可安置在气流的下游。耐热性能好的元件可安置在气流的下游。电子设备热设计电子设备的强迫空气冷却电子设备的强迫空气冷却 3.3.其他因素的影响其他因素的影响 (3)(3)
18、漏风的影响漏风的影响大型机柜在强迫风冷时，机柜的漏风将直接影响大型机柜在强迫风冷时，机柜的漏风将直接影响其散热效果。密封情况，风机的安装位置对风冷其散热效果。密封情况，风机的安装位置对风冷效果没有影响，沿着机柜高度方向任意高度的发效果没有影响，沿着机柜高度方向任意高度的发热区断面，风量基本相同。热区断面，风量基本相同。如果四侧存在漏缝，风机的安装位置将影响沿机如果四侧存在漏缝，风机的安装位置将影响沿机柜高度方向的风量。柜高度方向的风量。实验发现，当有缝隙存在时，抽风冷却效果比鼓实验发现，当有缝隙存在时，抽风冷却效果比鼓风好。缝隙大小对冷却也有影响，小缝隙的冷却风好。缝隙大小对冷却也有影响，小缝隙的冷却效果比大缝隙好。因此，在设计强迫风冷系统时，效果比大缝隙好。因此，在设计强迫风冷系统时，应特别重视缝隙漏气问题。应特别重视缝隙漏气问题。