CN106802849A - 散热量预估方法 - Google Patents

Abstract

一种散热量预估方法包含提供输入热量至散热单元的散热鳍片。根据输入热量取得散热鳍片的平均温度。根据平均温度取得输出热量。判断输入热量与输出热量是否相等，当输入热量与输出热量不同时，根据输出热量更新输入热量并重复上述步骤直到输入热量与输出热量相等。当输入热量与输出热量相等时，根据输入热量与比例值取得散热单元的总散热量。

Description

散热量预估方法

技术领域

本揭示内容是有关于一种散热量预估方法，且特别是有关于一种散热单元的散热量预估方法。

背景技术

随着信息科技的发展，各式各样的电子产品已成为人们不可或缺的物品，例如计算机、手机、平板计算机等。电子产品中常因密集度高的逻辑电路或内存而有散热模块的设置，其中散热模块可分为风扇型、无风扇型。由于在一些特殊的使用环境下必须使用高可靠度以及无风扇型的散热模块，例如:工厂、厨房、医院及无尘室等，在此情况下则必须评估在有限的外观尺寸限制下，散热模块需要多少散热面积才能满足系统的散热需求，以及如何将散热模块的设计优化。

目前散热模块的设计过程中，一般使用仿真软件先建构出散热模块的3D结构，进而对此散热模块的3D结构进行散热仿真，然而此种方式仅能反复的尝试及修改散热模块的3D结构来预估散热模块的总散热量，然而使用3D结构反复的仿真往往耗费许多的时间，且耗费许多的人力。

发明内容

本揭示内容的一例是在提供一种散热量预估方法包含：提供输入热量至散热单元的散热鳍片。根据输入热量取得散热鳍片的平均温度。根据平均温度取得输出热量。判断输入热量与输出热量是否相等，当输入热量与输出热量不同时，根据输出热量更新输入热量并重复上述步骤直到输入热量与输出热量相等。当输入热量与输出热量相等时，根据输入热量与比例值取得散热单元的总散热量。

综上所述，散热量预估方法通过判断流经散热鳍片的输入热量与输出热量是否相等来取得散热单元的总散热量。藉此，不仅可以快速对散热单元进行整体散热能力的评估，亦可以减少使用仿真软件的反复尝试及修改，因而减少了时间、人力的消耗。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下。然而，应了解到，为符合在产业中实务利用的情况，许多的特征并未符合比例绘示。实际上，为了阐述以下的讨论，许多特征的尺寸可能被任意地增加或缩减。

图1A绘示根据本揭示内容的一实施例中一种散热量预估方法的示意图。

图1B绘示根据本揭示内容的一实施例中一种电子装置的示意图。

图1C绘示图1B中散热单元的示意图。

图2绘示图1B中散热单元的散热等效电路的示意图。

组件标号说明：

100 散热量预估方法

100a 电子装置

110 散热单元

111～115 散热鳍片

120 运算单元

130 基板

200 散热等效电路

Qfin,in 输入热量

Qfin,base 基板散热量

Qfin,conv 对流散热量

Qfin,rad 辐射散射量

Qfin,out 输出热量

Rcond 传导热阻

Rsp 扩散热阻

Rconv 对流热阻

Rrad 辐射热阻

Rbase 基板热阻

A,B,C 节点

S110～S150 步骤

具体实施方式

以下揭示提供许多不同实施例或例证用于实施本发明的不同特征。特殊例证中的组件及配置在以下讨论中被用来简化本揭示。所讨论的任何例证只用来作解说的用途，并不会以任何方式限制本发明或其例证的范围和意义。此外，本揭示在不同例证中可能重复引用数字符号且/或字母，这些重复皆为了简化及阐述，其本身并未指定以下讨论中不同实施例且/或配置的间的关系。

在全篇说明书与权利要求所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此揭露的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用于描述本揭露的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本揭露的描述上额外的引导。

关于本文中所使用的『耦接』或『连接』，均可指二或多个组件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，而『耦接』或『连接』还可指二或多个组件组件相互操作或动作。在本文中，使用第一、第二与第三等等的词汇，是用于描述各种组件、组件、区域、层与/或区块是可以被理解的。但是这些组件、组件、区域、层与/或区块不应该被这些术语所限制。这些词汇只限于用来辨别单一组件、组件、区域、层与/或区块。因此，在下文中的一第一组件、组件、区域、层与/或区块也可被称为第二组件、组件、区域、层与/或区块，而不脱离本发明的本意。如本文所用，词汇『与/或』包含了列出的关联项目中的一个或多个的任何组合。

请一并参阅图1A及图1B，图1A绘示根据本揭示内容的一实施例中一种散热量预估方法100的示意图。图1B绘示根据本揭示内容的一实施例中一种电子装置100a的示意图。散热量预估方法100适用于电子装置100a中的散热单元110。如图1B所示，电子装置100a包含散热单元110、运算单元120以及基板130。电子装置100a可以例如是桌面计算机、笔记本电脑、手机、平板计算机或任何包含散热单元的电子装置，本揭示并不以此为限。需注意的是，图1B所绘示的电子装置100a在实际应用中可能还包含存储单元、电池、机壳等组件，在此为了方便说明仅绘示散热单元110、运算单元120以及基板130。

运算单元120可以例如是中央处理器(Central Processing Unit,CPU)、算术逻辑器(Arithmetic Logic Unit,ALU)或是任何具有逻辑运算功能的逻辑电路，本揭示并不以此为限。

如图1B所示，运算单元120设置于基板130上，基板130可以例如是印刷电路板(Printedcircuit board,PCB)、玻璃基板或是任何材质的基板，而基板130在实际应用中可能具有多个运算单元120，本揭示并不以此为限。另请一并参阅图1C，图1C绘示图1B中散热单元110的示意图。在此实施例中，散热单元110包含多个散热鳍片111～115，实际应用中散热单元110可以仅包含一个散热鳍片、或不包含散热鳍片，本揭示并不以此为限。

散热单元110的形状可以为方型、矩形、圆形或任意形状，而散热单元110的材质可以包含铁、铝、铜或任意热的良导体。此外，图1B中的散热单元110仅为了方便说明本揭示的散热量预估方法100而绘示，实际上散热鳍片111～115的形状或数目亦不限制于图1B中所绘示的情况。由于运算单元120(例如CPU)在运算中产生大量的热量须通过散热单元110排除，以避免运算单元120有过热的可能而造成电子装置100a有误动作或当机的可能，因此，在此实施例中，散热单元110设置紧邻于运算单元120，如图1B所示，然而在其他实施例中可视散热的需求而调整散热单元110的位置，本揭示并不以此为限。

请继续参阅图1A，散热量预估方法100首先执行步骤S110：提供输入热量Qfin,in至散热单元110的散热鳍片111。进一步来说，散热单元110可能整体体积较大，因此本实施例中的散热量预估方法100在步骤S110中仅将输入热量Qfin,in提供至散热单元110的其中一散热鳍片111，而在后续的步骤S150可再经由比例值K推算散热单元110的总散热量Qtot，关于此部分可见后续的详细描述。在其他实施例中，步骤S110中可以将输入热量Qfin,in提供至散热单元110的其他任一散热鳍片112～115或同时将输入热量Qfin,in提供至散热单元110中多个散热鳍片(例如同时提供输入热量Qfin,in至散热鳍片112、113，或同时提供输入热量Qfin,in至散热鳍片112、114、115，又或同时提供输入热量Qfin,in至散热鳍片111～115等)，本揭示并不以此为限。

散热量预估方法100接着执行步骤S120：根据输入热量Qfin,in取得散热鳍片111的平均温度Tfin,avg。进一步来说，步骤S120根据输入热量Qfin,in、散热鳍片111的传导热阻Rcond、散热鳍片111的扩散热阻Rsp以及散热鳍片111的最大温度Tmax取得平均温度Tfin,avg。在此请一并参阅图2，图2绘示图1B中散热单元110的散热等效电路200的示意图。散热等效电路200包含传导热阻Rcond、扩散热阻Rsp、对流热阻Rcond、辐射热阻Rrad以及基板热阻Rbase。可以注意到，不同于一般电路遵守欧姆定律，散热等效电路200遵守热力学定理，分别以公式(1)、公式(2)表示如下：

V＝I×R……公式(1)；

T＝Q×R……公式(2)；

其中公式(1)中的V为电压，I为电流，R为电阻。而公式(2)中的T为温度，Q为热量，R为热阻。因此散热等效电路200中的节点A与节点B的间热量与温度的关系式可以公式(3)表示如下：

Tfin,avg＝Tmax-(Rcond+Rsp)×Qfin,in……公式(3)；

其中Tfin,avg为平均温度亦即节点B的温度，Tmax为最大温度亦即节点A的温度，Rcond为传导热阻，Rsp为扩散热阻，Qfin,in为输入热量。其中传导热阻Rcond以及扩散热阻Rsp受到不同材质的散热单元110以及不同材质的运算单元120影响。上述公式(3)即为步骤S120根据输入热量Qfin,in、散热鳍片111的传导热阻Rcond、散热鳍片111的扩散热阻Rsp以及散热鳍片111的最大温度Tmax取得平均温度Tfin,avg的公式。

散热量预估方法100接着执行步骤S130：根据平均温度Tfin,avg取得输出热量Qfin,out。进一步来说，步骤S130根据散热鳍片111的对流散热量Qfin,conv、散热鳍片111的辐射散热量Qfin,rad、散热鳍片111的基板散热量Qfin,base取得输出热量Qfin,out。因此如图2所示，节点B以及节点C之间的热量关系式可以公式(4)表示如下：

Qfin,out＝Qfin,conv+Qfin,rad+Qfin,base……公式(4)；

其中Qfin,out为输出热量，Qfin,conv为对流散热量，Qfin,rad为辐射散热量，Qfin,base为基板散热量。上述公式(4)即为步骤S130根据散热鳍片111的对流散热量Qfin,conv、散热鳍片111的辐射散热量Qfin,rad、散热鳍片111的基板散热量Qfin,base取得输出热量Qfin,out的公式。如图1B所示，散热单元110可以将接收到的输入热量Qfin,in经由对流方式(对流散热量Qfin,conv)、辐射方式(辐射散热量Qfin,rad)或是流往基板(基板散热量Qfin,base)来排出。

此外，上述的对流散热量Qfin,conv可以根据散热鳍片111的表面积A、平均温度Tfin,avg以及环境温度Ta取得。因此如图2所示，流经对流热阻Rconv的热量关系式可以公式(5)表示如下：

Qfin,conv＝h×A×(Tfin,avg-Ta)……公式(5)；

其中Qfin,conv为对流散热量，h为对流散热系数，A为散热鳍片的表面积，Tfin,avg为平均温度亦即节点B的温度，Ta为环境温度亦即节点C的温度。上述公式(5)即为根据散热鳍片111的表面积A、平均温度Tfin,avg以及环境温度Ta取得散热鳍片111的对流散热量Qfin,conv的公式。另一方面，上述的辐射散热量Qfin,rad可以根据散热鳍片111的表面积A、平均温度Tfin,avg以及环境温度Ta取得。因此如图2所示，流经辐射热阻Rrad的热量关系式可以公式(6)表示如下：

Qfin,rad＝ε×A×(Tfin,avg-Ta)……公式(6)；

其中Qfin,rad为辐射散热量，ε为辐射散热系数，A为散热鳍片的表面积，Tfin,avg为平均温度亦即节点B的温度，Ta为环境温度亦即节点C的温度。上述公式(6)即为根据散热鳍片111的表面积A、平均温度Tfin,avg以及环境温度Ta取得散热鳍片111的辐射散热量Qfin,rad的公式。可以注意到，对流散热量Qfin,conv以及辐射散热量Qfin,rad皆正比于散热鳍片111的表面积A，也就是说散热鳍片111的表面积A越大，对流散热量Qfin,conv以及辐射散热量Qfin,rad也随之增加。

散热量预估方法100接着执行步骤S140：判断输入热量Qfin,in与输出热量Qfin,out是否相等，当输入热量Qfin,in与输出热量Qfin,out不同时，根据输出热量Qfin,out更新输入热量Qfin,in并重复上述步骤S110～S130直到输入热量Qfin,in与输出热量Qfin,out相等。进一步来说，上述步骤S140根据输出热量Qfin,out更新输入热量Qfin,in可以例如是当输入热量Qfin,in较输出热量Qfin,out低时，代表不符合能量守恒定律，则提高输入热量Qfin,in并重复上述步骤S110～S130直到输入热量Qfin,in与输出热量Qfin,out相等。以及当输入热量Qfin,in较输出热量Qfin,out高时，代表不符合能量守恒定律，则降低输入热量Qfin,in并重复上述步骤S110～S130直到输入热量Qfin,in与输出热量Qfin,out相等。

散热量预估方法100接着，执行步骤S150：当输入热量Qfin,in与输出热量Qfin,out相等时，根据输入热量Qfin,in与比例值K取得散热单元110的总散热量Qtot。进一步来说，在此实施例中，比例值K可以是散热鳍片111占整体散热单元110的比例0.2(5分之1)，又或是在一些实施例中步骤S110同时提供输入热量Qfin,in至散热鳍片112、114、115，则比例值K可以是散热鳍片112、114、115占整体散热单元110的比例0.6(5分之3)。然而实际应用中，比例值K可以是任意数值，本揭示并不以此为限。因此通过上述，散热量预估方法通过判断流经散热鳍片的输入热量与输出热量是否相等来取得散热单元的总散热量。藉此，不仅可以快速对散热单元进行整体散热能力的评估，亦可以减少使用仿真软件的反复尝试及修改，因而减少了时间、人力的消耗。

综上所述，本揭示文件提供一种散热量预估方法，且特别是有关于一种散热单元的散热量预估方法。散热量预估方法通过判断流经散热鳍片的输入热量与输出热量是否相等来取得散热单元的总散热量。藉此，不仅可以快速对散热单元进行整体散热能力的评估，亦可以减少使用仿真软件的反复尝试及修改，因而减少了时间、人力的消耗。

虽然本揭示内容已以实施方式揭露如上，然其并非用于限定本揭示内容，任何熟习此技艺者，在不脱离本揭示内容的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本揭示内容的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种散热量预估方法，其特征为，该散热量预估方法包含：

提供一输入热量至一散热单元的一散热鳍片；

根据该输入热量取得该散热鳍片的一平均温度；

根据该平均温度取得一输出热量；

判断该输入热量与该输出热量是否相等；

当该输入热量与该输出热量不同时，根据该输出热量更新该输入热量并重复上述步骤直到该输入热量与该输出热量相等；以及

当该输入热量与该输出热量相等时，根据该输入热量与一比例值取得该散热单元的总散热量。

2.如权利要求1所述的散热量预估方法，其特征为，还包含：

当该输入热量较该输出热量低时，提高该输入热量；以及

当该输入热量较该输出热量高时，降低该输入热量。

3.如权利要求1所述的散热量预估方法，其特征为，还包含：

根据该输入热量、该散热鳍片的一传导热阻、该散热鳍片的一扩散热阻以及该散热鳍片的一最大温度取得该平均温度。

4.如权利要求3所述的散热量预估方法，其特征为，根据该输入热量、该散热鳍片的该传导热阻、该散热鳍片的该扩散热阻以及该散热鳍片的该最大温度取得该平均温度的公式为：

Tfin,avg＝Tmax-(Rcond+Rsp)×Qfin,in

其中Tfin,avg为该平均温度，Tmax为该最大温度，Rcond为该传导热阻，Rsp为该扩散热阻，Qfin,in为该输入热量。

5.如权利要求1所述的散热量预估方法，其特征为，还包含：

根据该散热鳍片的一对流散热量、该散热鳍片的一辐射散热量以及该散热鳍片的一基板散热量取得该输出热量。

6.如权利要求5所述的散热量预估方法，其特征为，根据该散热鳍片的该对流散热量、该散热鳍片的该辐射散热量以及该散热鳍片的该基板散热量取得该输出热量的公式为：

Qfin,out＝Qfin,conv+Qfin,rad+Qfin,base

其中Qfin,out为该输出热量，Qfin,conv为该对流散热量，Qfin,rad为该辐射散热量，Qfin,base为该基板散热量。

7.如权利要求5所述的散热量预估方法，其特征为，还包含：

根据该散热鳍片的该表面积、该平均温度以及该环境温度取得该散热鳍片的该对流散热量。

8.如权利要求7所述的散热量预估方法，其特征为，根据该散热鳍片的该表面积、该平均温度以及该环境温度取得该散热鳍片的该对流散热量的公式为：

Qfin,conv＝h×A×(Tfin,avg-Ta)

其中Qfin,conv为该对流散热量，h为一对流散热系数，A为该散热鳍片的该表面积，Tfin,avg为该平均温度，Ta为该环境温度。

9.如权利要求5所述的散热量预估方法，其特征为，还包含：

根据该散热鳍片的该表面积、该平均温度以及该环境温度取得该散热鳍片的该辐射散热量。

10.如权利要求9所述的散热量预估方法，其特征为，根据该散热鳍片的该表面积、该平均温度以及该环境温度取得该散热鳍片的该辐射散热量的公式为：

Qfin,rad＝ε×A×(Tfin,avg-Ta)

其中Qfin,rad为该辐射散热量，ε为一辐射散热系数，A为该散热鳍片的该表面积，Tfin,avg为该平均温度，Ta为该环境温度。