电子设备热控制

满足电子设备正常工作所采取的措施

电子设备热控制是为保证电子设备及其元件、器件在规定温度范围内正常工作所采取的冷却、加热或恒温等措施。

冷却

利用热传导、对流换热和辐射换热把元件、器件耗散的热量散发至周围环境。现代电子设备常用的冷却方法有：自然冷却、强迫通风冷却、液体冷却、蒸发冷却、汽水双相流冷却、半导体致冷、热管散热等。冷却方法的选择主要取决于元件、器件或设备的表面发热功率密度及其所允许的温升。电子设备热控制

自然冷却　利用发热元件、器件与周围物体之间的热传导、空气的对流以及辐射换热进行散热。自然冷却设计的主要问题是：①电子设备发热元件、器件的布局，应有利于减小传热路径上的热阻和由于安装不当而引起的热应力。对于晶体管电路，应设法降低晶体管的结温，使其低于所允许的最高结温。大功率晶体管可以用型材散热器或叉指散热器冷却。集成电路可以采用导热条（板）进行传导散热。为了减小电子元件、器件安装界面的热阻，可在界面上涂一薄层导热脂。对印制板较多的电子设备，应注意其板间距离不应过小，以免影响板间的对流换热。②电子设备箱柜结构的热设计：电子设备的箱柜起着接收机箱、机柜内部耗散的热量并把它散发到周围环境中去的作用。增加机壳表面的粗糙度，可以提高机箱、机柜的热辐射能力；机壳表面的颜色对热辐射能力并没有明显的影响。为了提高电子设备内、外的对流散热能力，可在机壳上开通风孔，但进、出风口应该远离，以免气路短流而影响散热效果。

设备简介

强迫通风冷却（风冷）：利用通风机迫使空气流过发热元件、器件的表面进行散热。风冷可分为抽风式和鼓风式两种。抽风式适用于风阻小、热源分布比较均匀的电子设备；鼓风式适用于风阻较大、热源比较集中的电子设备。必要时可将风机串联(提高风压)、并联（增大风量）或混联使用。同时，根据需要还可增加通风管道，对电子设备的各个部分（按发热量）分配风量。

液体冷却（液冷）：利用液体的热容量比空气大、冷却能力也比风冷大的原理进行冷却的方法。在用风冷不能将电子设备耗散的热量充分散发时，可以采用液冷。液冷分浸没冷却和强迫液冷两类。浸没冷却是将元件、器件连同印制板直接浸入冷却液中，利用冷却液的对流和气化进行冷却。浸没冷却的机箱设有冷凝器，用以冷却箱内的蒸汽。强迫液冷是用泵迫使冷却液流过发热元件、器件（直接液冷），或流过安装发热元件、器件的冷板（间接液冷）进行冷却。受热的冷却液经过换热器进行二次冷却，并流回到冷却液箱，然后再对发热元件、器件或冷板进行冷却。液冷的设计方法和风冷基本相同，其主要问题是正确选择冷却液、泵和换热器等。在直接液冷时,冷却液的比热、导热系数、绝缘强度要大,电气特性和化学稳定性要好，同时还应具有合适的密度、粘度、沸点和燃点等。目前常用的冷却液有去离子水、硅有机油、变压器油和氟碳化合有机液等。

蒸发冷却：利用液体（如水、氟碳化合物等）沸腾时吸收大量汽化热的原理，对大功率电子器件或功率密度很高的集成电路进行冷却。图3为大功率发射管的水蒸发冷却系统。蒸发锅内的发射管工作时，将自身耗散的热量传给水，水达到饱和温度后开始沸腾变成蒸汽，蒸汽经汽室上升沿蒸汽管道进入冷凝器，冷凝水经由回水管返回到蒸发锅。采用均压管和活动水箱，可将水位控制在一定的位置上。电子设备热控制

汽水双相流冷却：利用水的自然循环冷却和蒸发冷却组成的冷却系统进行冷却。其冷却效果比单独的水冷或水蒸发冷却效果更好。

半导体致冷：又称温差电致冷，它是以塞贝克效应、珀耳帖效应为基础的一种冷却方法。半导体致冷的温差电偶是利用特制的N型半导体和P型半导体，用铜连接片焊接或粘接而成。接通直流电源后，吸热的一端称冷端，放热的一端称热端，将发热元件、器件放在冷端的冷板上，其热量被传到热端散发掉。如将电源极性反接，就能逆向工作（加热）。因此，它适用于电子设备的恒温控制。改变致冷对的对数和工作电流的大小，便可获得所需要的致冷量。

热管散热：热管是一个含有工作液和多孔吸液芯的管状真空容器，它利用工作液的相变过程进行传热。热管的传热效率很高，并具有良好的等温性。它可以把大量热能以很小的温降输送到散热器。热管既适用于集中热源的散热，也适用于分散热源的传热。发热的电子元件、器件可以和热管做成一体,也可以安装在热管上,或安装在装有热管的冷板上（图4 ）。电子设备中使用的热管有两种：一种是管状热管，用于热源和散热器分离的场合，设计时应尽可能减小热源和热管加热端之间的热阻；另一种是扁平热管，用于调平温度。电子设备热控制

恒温

电子设备的恒温可采用单层或多层的加热恒温槽。恒温槽内壁的绝缘材料采用石棉、聚氨酯塑料和玻璃纤维等。变换半导体致冷器的极性就可控制其工作状态（加热或冷却），利用半导体致冷器作恒温器，其恒温精确度可达±0.5～1℃。利用热管的等温性，在热管中充入一定量的惰性气体，当热源温度变化时热管中惰性气体的体积就发生变化，同时外部表面的散热面积也发生变化，从而达到恒温的目的。

参考书目

南京工学院主编：《电子设备结构设计原理》，江苏科学技术出版社，南京，1981。

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