作者文章“大功率半导体器件用散热器风冷热阻计算”曾在2009年第六期“电力电子”杂志上发表。文中对散热器风冷热阻计算公式做了详细的推导并介绍了相应的计算和曲线制作软件。为了便于对此感兴趣的读者了解，本文对上文做一简要介绍，并准备把计算软件通过“电力电子产业网”免费转送给读者。有需要者请与网站联系，电话82967069，客服QQ：546527172，1501055636。(打开文件步骤：散热器热阻计算程序/bin/win32/sanreqi.exe)
文章概要如下：
一、计算公式
为了推导风冷散热器热阻计算公式作如下设定：
1， 散热器是由很多块金属平板组成，平板一端连在一起成一块有一定厚度的基板，平板之间存在间隙，散热器的基本单元是一块平板;
2， 平板本身具有一定的长度、宽度和厚度(L×l×b)。平板的横截面积A =L × b;
3， 由n个平板(齿片)组成的散热器如图一所示，平板(齿片)数为n ;
4， 由此可见，参数L即为散热器长，或称“截长”;
5， 设散热器端面周长为“S”。
大功率半导体器件安装在基板上，工作时产生的热通过接触面传到散热器的过程属于固体导热。散热器平板周围是空气。风冷条件下平板上的热要传到空气中属于固体与流体间的传热。所以风冷散热器总热阻等于两部分热阻之和：
Rzo(总热阻)= Rth(散热器内固体传热)+ Rthk(散热器与空气间的传热热阻)
引用E.R.G.埃克尔特和R.M..德雷克著的“传热与传质”中的基本原理和公式。推导出如下实用公式：
Ks 为散热器金属材料的导热系数。20℃时，纯铝：KS = 175.6 千卡/ 小时米 ℃;
纯铜：Ks = 332 千卡/ 小时 米 ℃;参数L、l、b、S的单位：米;风速us 单位：米/秒
如散热器端面的周边长为S 、散热器的长为L，忽略两端面的面积，散热器的总表面积为： A = S L 。代入上式后，强迫风冷条件下散热器总热阻公式也可写成：
对某一型号的散热器来说参数 Ks、b、n、S 都是常数。用此公式即可求出不同长度L、不同风速us条件下的总热阻，并可作出相应曲线。
本公式的精确性受到多种因素的影响存在一定误差。主要有：
，受到环境空气的温度、湿度、气压等自然因素的影响。如散热器金属的热导系数“Ks”与金属成分及散热器工作时温度有关，本文选用的是20℃时的纯铝。
，文中所用的“风速”是指“平均风速”。
，公式中描述散热器尺寸的b、n、S、L、l、五个参数不可能表达散热器外形的全部。这只是它的基本尺寸。
计算值和实际测试结果相比其误差值约在10%以下，风速较低时误差较大。
二、求解散热器热阻和绘制热阻曲线的计算机软件
1，界面形式
主界面形式如【图一】所示。根据实际需要，这一软件主要设计了两个功能模块，一个功能模块给出热阻曲线，另一个功能模块用于计算具体的热阻值。从主界面右侧的两个按钮，可以进入两个功能模块。
风冷散热器热阻曲线绘图模块的界面形式如【图二】【图三】所示，其中Ks是导热系数， b为齿宽，l为齿高，n为散热器齿数、S为散热器周长，L为散热器长，Us为风速。风冷散热器热阻曲线给出了几何长度、风速和热阻间的定量关系。另一个为风冷散热器热阻值计算模块的界面形式，如【图四】所示，其参数的意义同【图二】。这一模块的基本功能带有演算的性质，可以实现在散热器几何尺寸、风速等参数确定的条件下，计算该散热器热阻值。
【图一】风冷散热器热阻计算软件的主界面形式
【图二】风冷散热器热阻曲线绘图模块的界面形式1
【图三】风冷散热器热阻曲线绘图模块的界面形式2
【图四】风冷散热器热阻计算模块的界面形式
2， 举例说明
下面以DXC-661散热器为例说明【图二】【图三】热阻曲线的制图过程。
该散热器各参数值为：Ks=175.6 千卡/ 小时 米℃，b=0.003m，l=0.03m，n=30，S=2.25m。把它们填入界面左边相应空格内，然后选择曲线类型。、不同风速时，散热器长度和热阻的关系曲线，如【图二】所示;、不同散热器长度时，风速和热阻关系曲线，如【图三】所示。可在界面左下方点击选择框进行此选择操作。最后点“ENTER”键即出现所需曲线。
界面左下方还有图形放大键可放大曲线的任意部位。
在本界面左下方还有”热阻计算器“键，除【图一】界面外按此键也可进入“热阻计算器”界面，如【图四】所示。在【图四】界面中按栏目要求填入上例各参数值，并假设取散热器长L=0.3m,风速Us=6m/s，按calculate键，在“计算热阻”栏中即会显示此条件下散热器热阻值为Rth=0.051922 ℃/W ，与此同时用计算公式手工算得热阻为：Rzo= 0.052℃/W 。此值与软件计算结果Rth=0.051922 ℃/W相等。
3，验证
为了进一步验证计算公式和计算机应用软件的可行性，除上面已经举例的DXC-661铝型材散热器外，特再摘取目前较为通用的DXC-546和DXC-548两种铝型材散热器原始热阻曲线和本文所提公式及计算机绘制的热阻曲线进行对比。
，型号为DXC-546 铝型材散热器基本参数：
Ks=175.6 千卡/ 小时 米 ℃，b=0.005m，l=0.052m，n=21，S=2.73m，
样本提供的热阻曲线：
计算机绘制的热阻曲线：
假设散热器长为0.2米、风速为4米/秒，由计算机软件计算热阻，其风冷热阻为：
0.0867094 ℃/W ，与上述曲线查得结果基本吻合。
，型号为DXC-548 铝型材散热器基本参数：
Ks = 175.6 千卡/ 小时 米 ℃，b = 0.005m，l = 0.066m，n = 18，S = 2.87m，
样本提供的热阻曲线：
计算机软件绘制的曲线：
假设散热器长为0.2米、风速为4米/秒，由计算机软件计算热阻，其风冷热阻为：
0.0843885 ℃/W ，与上述曲线查得结果基本吻合。‘
编者简介：朱英文：(1939- )，高级工程师，现任北京京仪椿树整流器有限责任公司技术顾问，中国电力电子产业网特约顾问，主要研究电力半导体器件的设计、制造、应用中的热设计和电力半导体器件主回路结构设计。曾参与专业词典、书籍的编写、翻译等工作。主要成果有：“无刷励磁发电机用旋转整流管设计和制造”，“晶闸管芯片球面磨角工艺”“大功率半导体器件用散热器风冷热阻计算方法”等。
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