元器件溫升預測軟件

 
 
元器件溫升預測模塊提供了以下設計計算
•     電容器溫升計算及壽命預測(適用于圓柱形電容器的熱計算);
•     變壓器的溫升計算
•     元件的溫升計算
•     半導體結溫的計算
計算依據:
 
 0.8
 、電容器溫升計算公式:ð.T=475S                        Q
2                                                     2
S=πD(D/4+L)[cm J; Q=IXEXtanå=2πfXCXE Xtanå
式中:L1T   電容器的表面溫升,C ;
Q 電容器的發熱量,W; 1 電流值,A; E 交流電壓有效值,V;                     f   頻率,Hz;
tanå    介電損耗角正切;     c   靜電電容,F; D  電容器直徑,cm;                        L  電容器高度,cm
 

(To Ta)/10

(1"Tc)/6

二、電容器壽命預測計算公式:L=L0X2                     X2
式中:L:在使用溫度的推測壽命,H;
LO:在使用溫度的推測壽命,H; TO:電容器之最高使用溫度,C; Ta:電容器之使用溫度,C;
L1Tc:電容器中心部的溫升,C  ;L1Tc=KXL1Ts
L1Ts:電容器表面溫升,C;    K:由電容器直徑決定的常數(下表):
 
直徑(mm) �8 10 12.5 16 18 22 25.4 30 35
K 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 1.50 1.65
 
三、變壓器溫升計算公式:ð.T=(K.Wt)0.8,Wt=Qt/S
式中:L1T:繞組的平均溫升,C;
K:由繞組的形狀或配置決定的常數,在自然風冷時,K=0.22-0.4; 在強迫風冷(1m/s)句0.09;
2                                         2
Wt:繞組之單位表面積的損失,W/ m ;     S:繞組的表面積 m ;
Qt:變壓器的全損失,W;                                      Qt=Qc+Qf,  Qc:銅損,   Qf,:鐵損;
2                              2
Qcl= lP NPρ1/ AP    Qc2= ls Nsρ1/ As          Qc= Qcl+ Qc2   Qcl:原邊銅損, Qc2:次邊銅損;
Qf= PV•Ý色
3
PV  一一單位體積鐵耗,If/cm :
3
Ý色一一鐵芯體積, cm 0                          lP          原邊電流有效值,A;
lS        副邊電流有效值, A ;           NP   原邊匣數;

-5
NS           副邊匣數;                          ρ   銅的電阻率1.72x10

,Q.mm;

2                                                               2
AP             原邊銅線的截面積,mm 。     As               副邊銅線的截面積,mm 。
 
 

四、自然氣冷元件溫升計算
ð.T=Q/(hXs),h=2.41(ð.t/L)


+40fTm

0.25             3
式中: L1T   元器件的表面溫升,C ;

 
L1t 與周圍空氣的溫差, C ;           Q 零件的發熱量,W;
2
S    零件的散熱面積,m ;                 L 零件的特征尺寸,m,
E  元器件表面黑度;                    Tn=0.5(Ts+ Ta);
Ts          元件的表面平均熱力學溫度,K;Ta          環境的熱力學溫度,K;
2
h     自然對流換熱系數, W/(m .C);
 
五、強迫風冷元件溫升計算

3
ð.T=Q/( hXs), h=(hF AF+hU AU +hR AR  )/( AF+AU +AR  )+40fTm

hF=0.6X(λ/2t)(μX2t/v)

h
hU=0.664X(λ/L)(μXL/v)

0.5
 
0.5
Pr


 
1/3

2/3
R=0.165X(λ/2t)(μX2t/v)
式中:   L1t   與周圍空氣的溫差, C ;         Q     零件的發熱量,W;
2
S 零件的散熱面積,m ;                 L    零件的特征尺寸,m;
E  機箱的表面黑度;                  Tn=0.5(Ts+ Ta);
Ts          元件的表面平均熱力學溫度,K;Ta          環境的熱力學溫度,K;
2                                                        2
AF             元件前面的面積,m ;  AU                元件上面的面積,m ;
2
AR             元件后面的面積,m ;    t  零件高度,m;
2
h       自然對流換熱系數, W/(m .C);Pr             普朗特數;
2
「      空氣的動站性系數,m /s
μ  流體的動力粘度, Pa.s;
 
 
六、半導體結溫的計算: 無散熱器:Tj=[Rjc+(Rca.Rcl/   (Rca+RclJWT+Ta
有散熱器:Tj={Rjc+[Rca.(Rcf+Rfa).Rcl    J/  [Rca+Rcl+(Rcf+Rca).(Rcl+Rca)J}.WT+Ta
式中:Tj     結溫,C ;Rjc 半導體結殼熱阻,C/W;
Rca                        半導體外殼與空氣問熱阻,C/W;Rca=1/(h.S);

2
h      自然對流換熱系數, W/(m .C)
Rcl                 半導體外殼、導線、Pattern 與空氣問的熱阻;
Rcf            半導體外殼與散熱器問熱阻,C/W
Rfa                  散熱器與空氣問熱阻,C/W
Ta        周圍空氣溫度,C ;
WT                    功耗值,W

 
•  電容器溫升計算及壽命預測(適用于圓柱形電容器的熱計算);
一、操作步驟:
1. 輸入條件參數:電壓有效值、介質正切、頻率、靜電電容、電容器直徑、電容器高度;
 


 
2. 鼠標左鍵點擊              ,即可輸出"電容器表面溫升"、"電容器中心部溫升"
 
3.     輸入條件參數:在最高使用溫度的壽命、電容器之最高使用溫度、電容器之使用溫度、電容器中 心部的溫升。
 


 
4. 鼠標左鍵點擊             ,即可輸出在使用溫度的推測壽命(H)。
 
 、【示例一】:cD110X 型鋁電解電容器,參數如下:有效電壓為 6V、環境溫度 20C,工作頻率為 120Hz 時損耗角正切值 tgå 為 0.19 、電容值為 10uF,電容器直徑 10mm、電容器高度 16mm,最高使用溫度:85 C、在最高使用溫度下的壽命:2000H、試預測此電容器表面及中心部位溫升值及在使用溫度下的壽命。
1.  輸入條件參數:電壓有效值:6V、介質正切 0.19、頻率 120Hz、靜電電容 10 uF、電容器直徑 1cm、 電容器高度  1.6cm;
 


 
2. 鼠標左鍵點擊              ,即可輸出"電容器表面溫升"為 5.9931C、"電容器中心部溫升" 為
6.8921C
3.  輸入條件參數:在最高使用溫度的壽命  2000H、電容器之最高使用溫度  85C、電容器之使用溫度
30C、電容器中心部的溫升:6.8C。
 


 
4. 鼠標左鍵點擊             ,即可輸出在使用溫度的推測壽命:18808.7H。如圖一。
 
 
 

圖一

 
•     變壓器的溫升計算
一、操作步驟:
1.   輸入條件參數:K  常數(在自然風冷時,K=0.22-0.4;在強迫風冷(1m/s)句0.09;)、繞組的表 面積、銅損、鐵損;
 


 
2. 鼠標左鍵點擊             ,即可輸出繞組平均溫升值。
 、【示例一】:某變壓器功率為  2.5(W),輸入:220V50Hz,輸出:10V,砂鋼片  DW800/0.50  選用  E135  骨
2
架,疊厚是 1.4cm  舌寬  0.96cm[鐵芯中柱截面:S=1.4x0.96句1.34(cm  )汀,初級匣數:7480(匣),次級匣
數:357(匣),初級電流:0.011(A),次級電流為:0.23(A),初級線徑:0.075(mm),次級線徑:0.36(mm)
 6

1. 計算鐵損值:Qf= PV•Ý色=8W/kg*1.34*3.1*10

*7900=0.27W(注:砂鋼片 DW800 的鐵損是8 W/kg;根

3                                     3
據E135規格參數,可得鐵芯體積為1.4*0.96*3.1=4.16cm,砂鋼片密度取7900kg/m);
2                2
2.計算銅損值:Qc= Qcl+ Qc2= lP NP1/AP  + ls Nsρ1/As

2                        -5

2                      -5

=0.011 求7480求1.72x10

求472/0.0044+0.23 求357*1.72x10

求472/0.101=0.098+0.43=0.528   W;

(注:初級繞組的電流 lP 步 0.011A;次級繞組的電流 ls 步 0.23 A:初級匣數 NP:7480(匣);次級匣數
-5

Ns:357(匣);銅的電阻率 1.72x10
2

,Q.mm;每匣的長度 1 約等于鐵芯中柱截面周長為 472mm;初級
2

導線的截面積 AP 為 0.0044mm ,次級導線的截面積 As 為 0.101 mm );
3              2
3.   繞組的表面積 S=472*31mm 句0.014m (繞組的表面積=鐵芯中柱截面周長*鐵芯長);
2
4. 輸入條件參數:K 常數:0.3、繞組的表面積 0.014m 、銅損 0.27W、鐵損 0.528 W;
 


 
5. 鼠標左鍵點擊             ,即可輸出繞組平均溫升值為 9.69C。如圖 。
 
 

 
圖二

 
•     元件的溫升計算
》    自然氣冷
》    強迫風冷
 
自然氣冷
一、操作步驟:
1.       輸入條件參數:元件之發熱量、元件散熱面面積、元件之代表長度、元件表面的輻射率、環境溫度;
 


 
2. 鼠標左鍵點擊             ,即可輸出元件的溫升值。
 
2
 、【示例一】:一芯片發熱量為   0.2W,元件散熱表面積為   0.0007m  ,元件代表長度為   0.025m,元件表面
輻射率為 0.3,環境溫度為 45C。試預估元件的溫升值。 1.   輸入條件參數:
 


 
2. 鼠標左鍵點擊             ,可得出元件的溫升值為 18.99C。如下圖三:
 
 
強迫風冷
一、操作步驟:
1.    輸入條件參數:元件之發熱量、元件散熱面面積、元件之代表長度、元件的高度、元件表面輻射率、 元件前面面積、元件上面面積、元件后面面積、環境溫度、氣流速度、氣流動力粘度、元件導熱系數;
2. 點擊"計算",即可輸出元件的溫升值。
 、【示例一】:一扁平封裝的集成電路發熱量為  7W,尺寸為  0.03*0.02*0.002mm(長*寬*高),元件表面
輻射率為 0.38,環境溫度為 45C,元件導熱系數為 0.6W/mK,試預估元件的溫升值。
2
1. 輸入條件參數:元件之發熱量 7W、元件散熱表面積為 0.0007m 、元件代表長度為 0.025m、元器件
2                                         2                                      2
前面面積:0.006m  、元器件上面面積:0.06  m   、元件后面面積:0.006m  、元件表面輻射率:0.3、環境溫
度:45C、氣流速度:0.5m/s、氣流動力粘度:0.00001969Pa*s、元件導熱系數0.6W/mK;
 


 
1.   2. 鼠標左鍵點擊             ,可得出元件的溫升值 50.979C。如下圖三
 

圖三

 
•     半導體結溫的計算
》    有散熱器
》    無散熱器
 
有散熱器
一、操作步驟:
1.  輸入條件參數:元件之發熱量、環境溫度、散熱器熱阻、安裝熱阻、結-殼熱阻;
2.   點擊"計算",即可輸出半導體的溫升值。
 、【示例一】:一半導體器件發熱量為 10W,環境溫度為 45C,散熱器熱阻為 0.45C/W,安裝熱阻為 1.2 C/W,結-殼熱阻為  0.9C/W,試預估半導體結溫。
1. 輸入條件參數
 


 
2.   2. 鼠標左鍵點擊             ,可得出計算結果,即半導體的溫度值為  70.5C。如下圖囚所示。
 

圖四
 
無散熱器
一、操作步驟:
1.    輸入條件參數:元件之發熱量、結-殼熱阻、殼-空氣熱阻;
2.   點擊"計算",即可輸出半導體的溫升值。
 、【示例一】:一半導體器件發熱量為  10W,環境溫度為  45C,結-殼熱阻為  0.9C/W,殼-空氣熱阻為 5.5C/W,試預估半導體結溫。
1. 輸入條件參數
 


 
3.   2. 鼠標左鍵點擊             ,可得出計算結果,即半導體的溫度值為 109C。如上圖囚所示。