电子产品热管理方案设计思路与多案例图参考，进阶高级工程师，就靠它了！
电子产品热管理方案设计思路与多案例图参考，进阶高级工程师，就靠它了！
导读：电子产品热管理是确保设备稳定运行的关键环节。本文详细介绍了热管理方案设计的各个环节，包括热设计指标、散热方式评估、系统布局设计、理论计算、风道/水道设计、内部导热路径以及器件选型等。这些内容对于从事相关工作的工程师具有较高的参考价值。
热设计方案的主要关注内容
热设计方案是整个热设计过程的核心，是将热设计输入的抽象指标转化成具象的模型，不仅涉及到系统的摆布，器件选型，方案的布局，同时还涉及到成本及加工工艺、材料等信息。热设计方案是处于热设计输入到热仿真的中间过程，后续所有的热作业过程都是基于热设计方案展开的工作，可以说是热设计方案的延续。热设计方案是成熟热设计公司或具备热设计能力的单位必备一个环节是热设计理论与实际应用的结合。
方案设计主要关注的内容如下：
- 热设计指标或输入信息
项目的热设计相关工作是基于热设计输入指标、基于项目的需求分析而来的。可以从产品开发说明书需求或技术规格等内容中提取。这个我们在之前的培训计划里面提到，关于项目管理内容中的需求挖掘与分析板块，详细情况可点击下方链接进行了解。再比如，我们之前直播间分享过的3KW IP65 OBC项目，如下图所示，
视频教程中的项目，基本参数都是从客户所给的需求文档或者调研沟通中分析获得。该项目的初步仿真设计的基本条件如下，
- 进水口流量：0.5L/min
- 进水温度：25℃
- 环境温度：25℃
- 热源：200W *2
- 材料：AL6061
- 散热方式评估
- 根据行业内的竞争对手公司产品或竞品散热方案：
另外，还有德国Brusa，尼桑等汽车充电机的模块产品，借鉴了叶脉冷泵的仿生学原理等技术。叶脉冷泵在水冷板设计上的启发与仿真验证：
- 根据发热功率的体积功率密度或平面热流密度来选择散热方式。不同散热方式表面热流密度对应的温升曲线示意
由上图给定的几种散热方式，通过计算产品表面积、根据表面温升要求目标，查找表面热流密度。由公式，表面积*表面热流密度，即可获得初步散热能力，以此评估所选的散热方案是否合适。还有体积功率密度等方法也可以进行初步的整体散热评估，详情可点击下方链接进行了解。
- 系统整体布局设计
根据产品功能，产品可分成几大部分，每一部分的发热器件具体要求。比如损耗大小，布局的便利性，如下图所示，
损耗清单
内部布局
安规的要求，如下图所示，
车载3KW-ACDC-IP65 Hipot问题总结与分析
外观的需要以及组装工艺的需要，如下图所示，
3KW车载充电机
外观可以做一些拉丝、阳极氧化、电镀、喷砂、电泳、喷漆等表面处理，让外观符合客户要求。组装工艺得满足产线能快速、便利生成的需求，同时要能达到实际使用场景的稳定性要求，比如车载、非车载，不同防护等级的产品组装方式都有很大差异。
4KW非车载充电机
以上这些都是对系统的布局设计。
- 热设计理论计算
- 系统风量或液体流量计算，风扇及水泵的选型；
- 进出风口或进出水口截面积、开孔率等计算；
- 噪音估算；
- 换热系数计算，涉到雷诺数，风速，物性参数等判断层流与紊流；
- 散热面积计算，比如散热器的面积满足支撑散热需要；
- 热阻的计算，比如散热器的热阻，材料热阻，对流热阻等；
相关计算公式，在我们的手册中多数都有提到，并且这个手册我们一直在丰富，后续更新服务仅供VIP会员提供。
工程实用手册：热设计理论计算公式大全 | 周末福利大放送
以上这些还有国标可以参考，包含测量方法与测量点位等信息，详细内容可点击下方链接进行获取。
散热器的热阻和流阻测量方法
- 风道or水道规划设计
风道的规划设计方法，结合某大厂（据说是华为）热设计规范文档，以及个人项目经验，汇总整理。以下是风道设计的一些基本原则：
- 尽量采用直通风道，避免气流的转弯。在气流急剧转弯的地方，应采用导风板使气流逐渐转向，使压力损失达到最小
- 尽量避免骤然扩展和骤然收缩
- 进出风口尽量远离，防止气流短路
- 在机柜的面板、侧板、后板没有特别要求一般不要开通风孔，防止气流短路
- 为避免上游插框的热量带入下游插框，影响其散热，可以采用独立风道，分开散热。
- 风道设计应保证插框单板或模块散热均匀，避免在回流区和低速区产生热点
- 对于并联风道应根据各风道散热量的要求分配风量，避免风道阻力不合理布局
- 要避免风道的高低压区的短路
更多关于风冷与液冷的规划设计内容，可点击下方链接进行详细了解。
关于电子产品热设计风道优化的几个原则
液冷板结构热设计规范与仿真技术要点（一）
水冷板流道设计与优化思路
内部导热方式与路径设计
内部导热方式，思路是从降低热阻的角度考虑，规划从热源到外壳的热量传导路径的选择，从多条路线进行热传导，并对传热路径中的材料进行选型，同时需要考虑界面连接的固定方式。散热第一步是导热器件选型
经过上述方案的计算及设计，确定零件的材料，表面处理工艺等信息。关于风扇、散热器、元器件降额、表面处理等内容，可点击下方链接进行了解。