CN102235986A - 散热器的热阻测试方法 - Google Patents

Abstract

一种散热器热阻测试方法，包括以下步骤：(1)在待测试的散热器底部设置一个热源，同时在散热器的底部中心和其上方设置温度采集点并测出散热器加热前的温度T₁；(2)然后对散热器进行加热并计时(步骤300)；(3)持续加热散热器直至其底部中心处温度达到T₂，其中所述的T₂稍高于使用该散热器的功率器件的节点温度，然后测量并记录T₂和测试点温度T_det并记录加热时间t，；(4)将各个数值分别代入公式

中进行计算，即可得到所测散热器的热阻，其中C为散热器的比热容，m为散热器质量。本发明的热阻测定方法，简化实验方法，对热源及其功率要求低，降低了测试成本，并且不必估算热源的加热效率，提高实验结果精确度。

Description

散热器的热阻测试方法

技术领域

本发明涉及一种新型散热器热阻的测试方法。

背景技术

空调器是一种使其内部的冷媒进行由压缩过程、冷凝过程、膨胀过程和蒸发过程组成的制冷或制热循环的装置。

空调器通常根据其室外机内部设置的压缩机不同而分为普通空调器和变频空调器，并且均由室外机和室内机组成。

变频空调器的室外机主要包括构成室外机顶面及侧面外部结构的壳体；设置在壳体的下端且其上能够安装室外机各部件的底盘；设置在底盘的上部一侧，能够将低温低压气态冷媒压缩成高温高压气态冷媒的变频压缩机及定速压缩机；设置在底盘的另一侧，可使其内流动的冷媒与其周围空气进行热交换的室外热交换器；至少一个设置在室外热交换器的一侧，由室外风扇和风扇电机组成，可将外部空气吸入到壳体内部，同时将与室外热交换器进行过热交换的空气向外排出的风扇组件；设置在变频压缩机及定速压缩机与室外热交换器和风扇组件之间的挡板；安装在壳体的内部，用于控制室外机运行的控制盒，控制盒内部包括的电抗器、印刷电路板及滤波器。

其中印刷电路板(英文缩写简称PCB，以下简称PCB)包括了空调的交流电源部分、直流电源部分、压缩机控制部分、功率校正因数控制部分和其他控制部分，现有的变频空调室外机印刷电路板采用的是整体集成方式，包含上述电路结构的模块设置在一块PCB上，空调在运行过程中PCB的电子器件会产生大量的热量，如果不能够及时散发聚积在这些电子器件上的热量，降低其温度，则会直接影响其正常运作及使用寿命，所以一般设置有散热装置。

现有的散热装置主要是由铜或铝合金制造的基座、散热鳍片组成，由于现在全球资源的紧缺，铜和铝的价格正在逐步上升，由纯铜或铝制成的显卡散热装置，其成本较高。而且，因为铜和铝的密度较大，所制成的显卡散热装置重量大，容易压坏芯片，不方便安装，所以采用合适的散热器既能实现散热的效果，又能尽量的较少成本和体积，一般在设计时会对散热器进行热阻测试。

图1所示为现有技术中热阻的测试方法流程图。如图1所示，首先在待测试的散热器底部设置一个功率为P且恒定的热源，同时在散热器的底部和其上方设置多个温度采集点，然后对散热器进行加热(步骤10、步骤20)；持续加热散热器直至其底部中心处温度达到T₁，其中所述的T₁中最高温度值T_MAX稍高于使用该散热器的功率器件的节点温度，然后测量并记录T₁和测试点温度T_det(步骤30，步骤40)；估算加热效率，并由公式：

$R_{\mathrm{sys}}=\frac{(T_{\mathrm{Max}}-T_{\det })t}{P}---\left(1\right)$

计算热阻(步骤50，步骤60)。

其中公式1中T_MAX为散热器与热源接触面中心处的温度，即各点所测T₁的最大值，T_det为散热器中心正上方一测试点温度，一般测试点为将散热器安装后上方壳体位置。

但是，现有的热阻计算方法要求加热源功率P已知，并且在加热过程中功率P必须恒定，即使功率有很小的波动，也会造成结果有很大的误差；同时由于加热过程中热源的热量不可能完全释放到散热片上，必须估算加热效率，这也会造成结果的不准确。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服已有技术的缺点，提供一种测试设备要求低，测试结构稳定可靠的热阻测试方法，提高产品性能。

本发明所采用的技术方案是：

一种散热器热阻测试方法，包括以下步骤：

(1)在待测试的散热器底部设置一个热源，同时在散热器的底部中心和其上方设置温度采集点并测出散热器加热前的温度T₁(步骤100～步骤200)；

(2)然后对散热器进行加热并计时(步骤300)；

(3)持续加热散热器直至其底部中心处温度达到T₂，其中所述的T₂稍高于使用该散热器的功率器件的节点温度，然后测量并记录T₂和测试点温度T_det并记录加热时间t，(步骤400，步骤500)；

(4)将各个数值分别代入公式

中进行计算，即可得到所测散热器的热阻(步骤600)，其中C为散热器的比热容，m为散热器质量。

所述的热源为恒定热源。

所述的热源为非恒定热源。

在散热器上设置至少两个温度采集点，分别采取温度T₁、T₂，T_Max为多个T₂中的最大值；热阻计算公式为

其中Δ(T₂-T₁)为所有温度采集点的温度平均变化值。

所述的T_Max高于使用该散热器的功率器件的节点温度。

本发明的有益效果是：本发明的热阻测定方法，简化实验方法，对热源及其功率要求低，降低了测试成本，并且不必估算热源的加热效率，提高实验结果精度。

附图说明

图1为现有技术中热阻测试方法流程图；

图2为本发明的热阻测试方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明热阻计算方法作进一步详细说明：首先，由焦耳定律：Q＝I²Rt＝Pt    (2)

比热容：Q＝CmΔT＝Cm(T₂-T₁)(3)

公式(2)和公式(3)可推出：

将公式(4)代入公式(1)中，即可得：

$R_{\mathrm{sys}}=\frac{(T_2-T_{\det })t}{\mathrm{Cm\ΔT}}=\frac{\left(T_2{T}_{\det }\right)t}{\mathrm{Cm}(T_2-T_1)}---\left(5\right)$

其中：m为散热器的质量，T₁为加热前测温点温度，T₂为加热后测温点温度，所述的T₂稍高于使用该散热器的功率器件的节点温度，ΔT为温度采集点的温度变化，t加热时间，C为散热器材料的比热容，T_det为测试点温度。

当采用多点测量时，ΔT为各个测温点的平均温度变化，T_Max为加热后各个测试点中T₂的最高值，且T_Max稍高于使用该散热器的功率器件的节点温度，则热阻计算公式为

$R_{\mathrm{sys}}=\frac{(T_{\mathrm{Max}}-T_{\det })t}{\mathrm{Cm\ΔT}}=\frac{\left(T_{\mathrm{Max}}{T}_{\det }\right)t}{\mathrm{Cm\Δ}(T_2-T_1)}---\left(6\right)$

如图2所示，首先在待测试的散热器底部设置一个热源，所述的热源可以为恒定热源，也可以为非恒定热源，且热源功率任意；同时在散热器的底部和其上方设置温度采集点并测出散热器加热前的温度T₁，然后对散热器进行加热并计时(步骤100～步骤300)；持续加热散热器直至其底部中心处温度达到T₂，，所述的T2稍高于使用该散热器的功率器件的节点温度，然后测量并记录T₂和测试点温度T_det，并记录由温度T₁加热到温度T₂所用的时间t，(步骤400，步骤500)；将各个数值分别代入公式(5)中进行计算，即可得到所测散热器的热阻(步骤600)。

进一步地，在散热器上设置多个温度采集点，所述的T₁和T₂分别为各个温度采集点的温度，其中所述的T₂的最高值为T_Max，所述的T_Max稍高于使用该散热器的功率器件的节点温度，取各点温度变化的平均值，然后代入公式(6)中即可得到所测散热器的热阻。

所述的测试点相当于当散热器安装后，最相邻电子器件或者外壳的位置。

下面将通过具体实验对本发明的热阻测试方法进行进一步的说明：

试验中的散热片为铝质，其质量m＝1.254kg，采取六个测试点分别测试不同位置的温度，加热前各点温度见表1，采用热源加热一段时间后，各点温度见表1，整个加热过程耗时为t＝244s；测试点的位置选择为距离散热器上表面中心24.5mm处，加热后其温度Tdet＝23.1℃，其中铝的比热容C＝880J/kg·℃。

表1

测试点	1	2	3	4	5	6
							T1	14.1	15.4	14.6	14.7	14.4	14.6
T2	109.7	111.2	83.4	78.2	89.8	65.1
							ΔT	95.6	95.8	68.8	63.5	75.4	50.8

表1为六个测试点的加热前后的温度值，经计算6个点的平均温度变化ΔT＝74.98℃，其中T_Max＝111.2℃。

将各数值分别代入公式(6)中，即可得到：

$R_{\mathrm{sys}}=\frac{(T_{\mathrm{Max}}-T_{\det })t}{\mathrm{Cm\ΔT}}=\frac{(111.2-23.1)\×244}{880\×1.254\×74.98}=0.26$

综上所述，本发明的热阻测定方法，简化实验方法，对热源及其功率要求低，降低了测试成本，并且不必估算热源的加热效率，提高实验结果精度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种散热器热阻测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在待测试的散热器底部设置一个热源，同时在散热器的底部中心和其上方设置温度采集点并测出散热器加热前的温度T₁(步骤100～步骤200)；

(2)然后对散热器进行加热并计时(步骤300)；

(3)持续加热散热器直至其底部中心处温度达到T₂，其中所述的T₂稍高于使用该散热器的功率器件的节点温度，然后测量并记录T₂和测试点温度T_det并记录加热时间t，(步骤400，步骤500)；

(4)将各个数值分别代入公式

中进行计算，即可得到所测散热器的热阻(步骤600)，其中C为散热器的比热容，m为散热器质量。

2.如权利要求1所述的散热器热阻测试方法，其特征在于：所述的热源为恒定热源。

3.如权利要求1所述的散热器热阻测试方法，其特征在于：所述的热源为非恒定热源。

4.如权利要求1所述的散热器热阻测试方法，其特征在于：在散热器上设置至少两个温度采集点，分别采取温度T₁、T₂，T_Max为多个T₂中的最大值；热阻计算公式为

其中Δ(T₂-T₁)为所有温度采集点的温度平均变化值。

5.如权利要求4所述的散热器热阻测试方法，其特征在于：所述的T_Max高于使用该散热器的功率器件的节点温度。

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