溫度對電子設備的干擾及抑制方法

熊力

摘 要本文在研究中以電子設備為核心，分析溫度對電子設備的干擾影響，并提出有效的抑制方法，保證電子設備的正常穩定運行，進而為相關研究人員提供一定的參考價值。

【關鍵詞】溫度 電子設備 干擾影響 抑制方法

為了保證電子設備的使用功能和使用壽命，要盡量消除溫度對電子設備的干擾影響，結合溫度干擾因素，制定完善的溫度抑制解決方案，防止溫度過高造成電子設備的損壞，進而為電子設備的安全高效運行提供重要保障。在這樣的環境背景下，探究溫度對電子設備的干擾影響及抑制方法具有非常重要的現實意義。

1 溫度對電子設備的干擾影響

1.1 發生設備故障

在電子設備實際運行中，產生熱量會帶動環境溫度的變化，形成溫度波動，改變電子設備內部電子元器件參數，造成熱擾動。這種熱擾動現象和溫度成正比，溫度越高，熱擾動就會越劇烈。在這樣的環境下，電子設備中的電子元期間發生故障的幾率會大大增強，甚至會造成電子元器件的永久性失效，破壞電子元器件的運行穩定性，進而縮短電子設備的使用壽命，對電子產品綜合使用性能形成極大的抑制。從另一個角度上看，當電流流經阻值導體后，會產生一定熱量，盡管熱量很小，但這種熱量會逐漸累積，進而造成溫度過高而發生電子設備故障。

1.2 產生熱噪聲

除了引發電子元器件的故障和失效之外，過高的溫度會促使電子器件產生熱噪聲，從電阻元件上看，電阻器在實際運行中產生熱量而提高環境溫度，而過高的環境溫度會形成噪聲電壓，噪聲電壓是電阻器運行中的必然產物，屬于固有噪聲源。這種熱噪聲是連續性不規則寬頻譜噪聲，會隨著溫度的升高而加劇。除了電阻元件之外，半導體二極管和三極管也會產生熱噪聲，并隨著溫度的升高改變元件運行參數，這種參數變化具有極大的危害性，破壞電路實際運行，不利于工作效率的提升。

2 抑制電子設備溫度升高的有效方式

2.1 熱傳導

在電氣設備各個電器元件不發生相對位移的過程中，借助分子、原子和自由電子等微觀離子熱運動性而形成熱量傳遞，稱為熱傳導。一般而言，強化傳導散熱的的主要措施為：

（1）選擇導熱系數較大的原材料進行傳導零件制造；

（2）增加和導熱零件的實際接觸面積；

（3）減少熱傳導路徑，提高導熱效率。

值得注意的是，在熱傳導路徑中杜絕絕熱元件或是隔熱元件的設置，防止影響導熱效果。特別是在線導熱過程中，單位時間內面積固定面積熱量和該點溫度日度、垂直導向方向截面積存在成比例關系，即為傅立葉導熱定律，其向量表達為ф=-λA·аt/аx，其中，ф為熱流量；λ為導熱系數；A為垂直于熱流方向截面積；аt/аx表示在X方向上溫度變化率。

2.2 對流散熱

對流散熱主要是流動氣體或是液體和固體壁面接觸中，由于二者存在溫度差而引起的熱能傳遞，在實際應用中包括自然對流與強迫對流兩種形式。自然對流是指流體的冷熱兩部分存在密度差而形成的熱量對流傳遞，其熱量對流的劇烈程度主要由流體溫差、類型和所處空間位置決定。若流動氣體或是液體由于泵、風機等外力因素影響，在流體內部形成壓力差，則為熱量強迫對流，其對流激烈程度主要由流體內部壓力差、流體類型和流道結構環境等因素決定。針對電子設備而言，這種流體一般為空氣，強化對流散熱措施為：

（1）加大空氣冷熱溫差；

（2）加大空氣和固體壁面的實際接觸面積；

（3）加大環境介質的流動速度，其對流換熱公式為ф=hcA（tw-tf），其中hc為對流換熱系數；A為對流換熱面積；tw為熱表面溫度；tf為冷卻流體溫度。

2.3 輻射散熱

輻射換熱和對流換熱、熱傳導等散熱方式存在本質上的區別，主要將熱量以光速透過真空，實現熱量的轉移和傳遞。依據熱轄射研究理論，將波長為0.1μ-100μ內射線視為熱射線，其傳播過程極為熱輻射。強化輻射散熱具體措施為：一是在發熱體表面設置散熱涂層；二是提高熱射線和周圍間的溫度差；三是增加輻射體表面積，其中物體熱輻射能力計算公式為：ф=?Aσ0T4（tw-tf），其中，?為物體表面黑度；A為輻射表面積；σ0為斯蒂芬-玻爾茲曼常，取值為5.67x10-8/m2·K4；T為物體表面熱力學溫度。

3 電子設備熱結構設計

3.1 電子箱熱結構設計

電子箱熱結構設計主要將自然對流散熱方式和熱傳導有效的結合在一起，將元件板與電子箱均熱化，為了提高設備檢測要求和檢修標準，設計人員要將電子設備中的元件板更換為可替換插入式印版，結合設計結構規劃插拔模塊，讓插入式印版可以對準插座，進而接電運行。各個插拔模塊以楔形塊為主要鎖緊元件，降低插入式印版結構熱阻，通過插拔模塊和印版間接觸壓力、面積進行熱量傳導，形成導熱通道，進而實現對電子設備溫度干擾的抑制。

3.2 元器件熱安裝

由于印板組裝密度高，為了提高導熱效率，除了使用散熱型印板外，還要在電子設備元器件進行熱安裝，將元器件設置在導熱條中，減少元器件到印板之間的熱阻。在大功率熱器件安裝中，安裝人員要在元器件表面涂抹導熱脂，降低界面熱阻，進而提高元器件導熱效率。由于電子設備工作頻率和工作范圍的不穩定，使得元器件引線與印板熱系數存在差距。在這種溫度循環下，工作人員要盡量消除熱應力，將軸向引線柱形元件熱應力控制在2.54mm以下，如圖1所示，提高預留應變量，采取各種有效的導熱途徑減少熱阻，方便各個器件的熱耗通過最小的熱阻傳遞到冷卻通道，提高電子設備散熱效果。

3.3 元器件布局結構

在進行電子設備元器件熱結構布局中，一般同一印板中的元器件要依據熱量大小和耐熱程度進行排列，電解、電容等耐熱性較差的元器件要設置在冷卻氣流上游位置，即為進風口處；而電阻、變壓器等耐熱效果較好的元器件則要設置在冷卻氣流最下游，即為出風口處。針對集成混合電路安裝環境而言，設計人員要將大規模集成電路設置在冷卻氣流上游處，而小規模集成電路則設置在冷卻氣流下游處，平衡印板元器件溫度，防止局部溫度過高的情況發生。一般在水平方向上，大功率器件要貼近印板邊緣位置，減少傳熱路徑，提高散熱效率；在垂直方向上，大功率器件要貼近印板上方位置，防止器件運行中各個器件溫度干擾，遵循均熱化原理，進而提高元器件布局的合理性，有效抑制溫度對電子設備的影響。

4 結束語

本文通過研究溫度對電子設備的干擾影響及抑制方法，提出熱傳導、對流散熱、輻射散熱等溫度抑制方法，設計電子設備熱結構，采取各種有效的途徑減少熱阻，方便各個器件的熱耗通過最小的熱阻傳遞到冷卻通道，提高電子設備散熱效果，為電子設備穩定運行提供重要的保障。

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作者單位

四川省中國民航飛行學院 四川省德陽市 618300