2024年5月10日发(作者：析山蝶)
电力电子设备常用散热方式的散热能力分析
1 引言
随着电子组装技术的不断发展，电子设备的体积趋于微型化，系统趋于复杂化，
高热密度成了一股不可抗拒的发展趋势。为了适应高热密度的需求，风扇、散热
器等传统的散热手段不断推陈出新，新颖高效的散热方法层出不穷。在众多散热
方式面前，区分各种散热方式的散热能力，从而选择既经济又可靠的散热方法成
为设计人员极为关注的问题。本文针对风冷和水冷两种常用的散热方式，综合国
内外文献中对这两种散热方式的研究结果，总结出这两种散热方式的散热能力，
为热设计人员选择经济合理的散热方式提供参考依据。
2 各种传热方式的传热能力分析
各种传热方式传热系数的大致范围如附表所示
[1]
。对空气而言，自然风冷时的传
热系数是很低的，最大为10w/(mk)，如果散热器表面与空气的温差为50℃，每
平方厘米散热面积上空气带走的热量最多为0.05w。传热能力最强的传热方式是
具有相变的换热过程，水的相变过程换热系数的量级为10
3
～10
4
。热管的传热能
力之所以很大，就是因为其蒸发段和冷凝段的传热过程都是相变传热。
附表 各种传热方式的传热系数
2
文献[2]给出了根据散热体积和热阻选择散热方式的参考依据，如图1所示。例
如对于热阻要求为0.01℃/w的散热方式，如果体积限制在1000 in
3
（1in
3
=16.4
cm
3
），可以选择风冷散热方式，但必须配备高效的风冷散热器；而如果体积限
制在10 in
3
，只能选择水冷的散热方式。
图1 散热体积与热阻的大致关系
3 风冷
风冷散热方式成本低，可靠性高，但由于散热能力小，只适用于散热功率小而散
热空间大的情况下。目前风冷散热器的研究热点是将热管与散热器翅片集成在一
起，利用热管的高传热能力，将热量均匀地传输到翅片表面，提高翅片表面温度
的均匀性，进而提高其散热效率。
空气强制对流冷却方式是目前电力电子元件常用的散热方式，其普通结构是散热
器加风扇的形式。该结构虽然实施方便，成本较低，但其散热能力有限。以int
2024年5月10日发(作者：析山蝶)
电力电子设备常用散热方式的散热能力分析
1 引言
随着电子组装技术的不断发展，电子设备的体积趋于微型化，系统趋于复杂化，
高热密度成了一股不可抗拒的发展趋势。为了适应高热密度的需求，风扇、散热
器等传统的散热手段不断推陈出新，新颖高效的散热方法层出不穷。在众多散热
方式面前，区分各种散热方式的散热能力，从而选择既经济又可靠的散热方法成
为设计人员极为关注的问题。本文针对风冷和水冷两种常用的散热方式，综合国
内外文献中对这两种散热方式的研究结果，总结出这两种散热方式的散热能力，
为热设计人员选择经济合理的散热方式提供参考依据。
2 各种传热方式的传热能力分析
各种传热方式传热系数的大致范围如附表所示
[1]
。对空气而言，自然风冷时的传
热系数是很低的，最大为10w/(mk)，如果散热器表面与空气的温差为50℃，每
平方厘米散热面积上空气带走的热量最多为0.05w。传热能力最强的传热方式是
具有相变的换热过程，水的相变过程换热系数的量级为10
3
～10
4
。热管的传热能
力之所以很大，就是因为其蒸发段和冷凝段的传热过程都是相变传热。
附表 各种传热方式的传热系数
2
文献[2]给出了根据散热体积和热阻选择散热方式的参考依据，如图1所示。例
如对于热阻要求为0.01℃/w的散热方式，如果体积限制在1000 in
3
（1in
3
=16.4
cm
3
），可以选择风冷散热方式，但必须配备高效的风冷散热器；而如果体积限
制在10 in
3
，只能选择水冷的散热方式。
图1 散热体积与热阻的大致关系
3 风冷
风冷散热方式成本低，可靠性高，但由于散热能力小，只适用于散热功率小而散
热空间大的情况下。目前风冷散热器的研究热点是将热管与散热器翅片集成在一
起，利用热管的高传热能力，将热量均匀地传输到翅片表面，提高翅片表面温度
的均匀性，进而提高其散热效率。
空气强制对流冷却方式是目前电力电子元件常用的散热方式，其普通结构是散热
器加风扇的形式。该结构虽然实施方便，成本较低，但其散热能力有限。以int