每个工程师都应该了解的有关热管理的事实

作者：沃伦·米勒，特约作家

热管理可能是一个令人困惑的话题，即使我们每天都在处理它。您想将车内的空调设置为什么温度？您应该将气流引导到哪里？这些是热管理在几乎任何应用中都要处理的基本问题。当温度由印刷电路板上的电子设备设置并且气流是您的预算能够承受的唯一风扇时，事情会变得更加棘手。让我们快速浏览一下每个工程师都应该知道的重要热管理主题。

让我们从热管理的良好定义开始。这一切都是关于将热量从一个地方传递到另一个地方——管理热量的流动，通常是从你不想要的地方到你想要的地方。在电子系统中，您几乎总是希望将热量从设备转移到其他地方，远离设备。容易，对吧？您可能还记得读过一些当时最强大的计算机在热管理方面的专利比在电子方面的专利多（例如 Cray-1）。

基本上，在大多数电子设备中，有两种方式来移动热量，它们都使用对流，但它们可以主动或被动地做到这一点。“对流”仅仅意味着热量通过工作流体的运动。令人困惑的是，这种流体通常只是空气，但它也可以是诸如水之类的物质，甚至也可能是气体——也许是像氟利昂这样的卤化碳。现在，通常工作流体在您想要散热的地方被加热，然后转移到您可以散热的地方，通常称为散热器。想想汽车中的散热器，液体与大量金属翅片接触，这些金属翅片可以将热量传递到空气中，冷却液体，使其可以再循环回发动机。如果您需要使用泵或风扇，这称为主动对流。被动对流利用加热的工作液体想要上升的优势，如果有方便的逃生路线，这可以自然地将热量从热源中移走。您可以采用类似的方法，使用空气作为工作液体来冷却高功率 CPU。一些高端游戏电脑甚至使用水作为工作液体，并且可能也可以用它来加热热水浴缸。

 

在汽车的散热器中，液体与大量金属翅片接触，这些金属翅片可以将热量传递到空气中，冷却液体，使其可以再循环回发动机。图片来源：Pixabay。

在许多应用中，被动对流是一种非常有效且具有成本效益的解决方案。如果您不需要泵或风扇，则可以消除可显着降低系统使用寿命的活动部件。最常见的被动热管理方法是使用散热器。这些金属“翼”直接连接到热源，通常是高性能 CPU 或 FPGA，将热量从设备中转移到周围的空气中。如果加热的空气可以流出外壳，而较冷的空气可以代替它，那么您最终会得到一种非常有效的方法来将热量排出系统。正确放置大功率组件也有助于提高冷却效率。确保空气可以流入或流出不受较高组件或连接器阻碍的热组件。还，

现在，这很有趣，但您可能会问为什么这很重要。如果您不冷却电子设备，它们会变得非常热，热到足以烧伤您或引发火灾（或两者兼而有之）。你绝对不希望这发生在飞机上，对吧？或许不太重要的是，运行过热的电子设备寿命较短。

因此，如果您被要求在下一个项目中实施热管理，无需绝望——您只需要提出一些关键问题。首先，您的系统的工作温度目标是多少，它将在什么环境中运行？您还需要知道它将在什么样的外壳（如果有）中，以及有哪些逃生路线可用于散热（传递）热量。如果您提出这些问题，您就可以很好地定义您的热管理问题，这在任何工程项目中始终是一个很好的步骤。

审核编辑黄昊宇