說起熱量管理這一話題，令我想起過去在大學(xué)里與一位名叫Don的早期業(yè)余無線電愛好者進(jìn)行的圓桌討論。Don發(fā)現(xiàn)，從零開始制作無線電發(fā)射機(jī)很有挑戰(zhàn)性，但他的制作并不是你在DIY（自己動手制作）類文章中常見的那些類型。Don的確以一種我稱之為富有藝術(shù)性的方式，達(dá)到了“當(dāng)時最先進(jìn)的水平”。
在學(xué)生宿舍里，端一杯機(jī)售咖啡，專心致志地聆聽Don介紹他制作400W發(fā)射機(jī)的經(jīng)驗，對技術(shù)學(xué)校里的任何人來說，都是令人神往的事情。Don用的是五只固定在一個大咖啡罐上蓋內(nèi)側(cè)的6AG7管，咖啡罐上蓋將這些管子頭朝下浸沒在一只水槽里。什么是6AG7管呢？這是一種中等大小五極真空管，為八腳（8根引線）管座的金屬罐形無線電接收管。這種管子最初曾作為視頻輸出放大器用于50年代的電視接收機(jī)上，它只能消耗10W的屏極耗散。由于需要用一只裝在旁邊的小水罐實(shí)時補(bǔ)充冷卻水，所以Don與其他業(yè)余愛好者之間進(jìn)行通信的能力，變得非常復(fù)雜。這五只管子的管座被浸入水中不到半英寸，它們產(chǎn)生了一個穩(wěn)定的蒸汽柱。
考慮一下，用這五只管子能傳輸400W（其額定功率之和的800%）或更多的功率嗎？肯定能。最大的問題是：能持續(xù)多長時間？理論上說，如果能有效地將熱量從這些管子的關(guān)鍵零件中傳走，就可以長時間地傳輸如此多的功率。從做功系統(tǒng)中有效地（成功地？）移走具有潛在破壞性的熱量被稱之為熱量管理。
熱量管理入門
熱量管理以破壞性和非破壞性兩種形式存在于我們周圍。所有物體或系統(tǒng)都將試圖借助于我們所處環(huán)境中的基本物理學(xué)定律，使其工作溫度條件與周圍環(huán)境達(dá)到平衡。一般認(rèn)為，較熱的物體會將熱量釋放（或轉(zhuǎn)移）到較冷的物體。隨著時間的流逝，即使沒有施加額外的作用，系統(tǒng)內(nèi)的所有物體也會理想地達(dá)到同一個溫度，從而達(dá)到熱平衡狀態(tài)。請用幾分鐘時間閱讀標(biāo)題為“Thermo 101”的邊欄文字。
物體內(nèi)部產(chǎn)生的熱量是否具有自我破壞性，取決于多余的熱量以什么樣的速度傳導(dǎo)到其周圍環(huán)境中。Thermo 101告訴我們：能量從較熱的物體流向較冷的物體。分子能向較冷物體轉(zhuǎn)移的過程就是熱平衡的實(shí)現(xiàn)過程。在電子設(shè)計術(shù)語里，我們稱之為散熱，因為熱量被吸收或“散失”到較冷的物體中。只要沒有額外的能量被輸入到系統(tǒng)中，兩個相互緊密接觸的物體最終將達(dá)到相同的溫度。
雙重代價
電子設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的熱量直接影響產(chǎn)品的可靠性。所有電子元件里都包含一個熱量產(chǎn)生與傳導(dǎo)“系統(tǒng)”。運(yùn)動電子快速通過電路而做功，造成許多粒子碰撞，所以熱量產(chǎn)生是不可避免的。每個元件內(nèi)部都有能將產(chǎn)生的熱量吸收或傳導(dǎo)到外圍結(jié)構(gòu)的功能元件。內(nèi)部熱傳導(dǎo)的效率受物理特征和材料的制約。
可以說，我們對任何系統(tǒng)都要付出“雙重代價”。在前端，我們以金錢的形式付出代價，購買電力以運(yùn)行該系統(tǒng)。在后端，當(dāng)溫度效應(yīng)縮短可能的使用壽命時，我們再次付出代價。溫度上升對元件壽命具有最大的影響。
在電子產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域里，我們要依賴于下列經(jīng)驗法則：溫度每上升10℃，平均可靠性將下降50%。從質(zhì)量保證部門的觀點(diǎn)看，如果我們能夠?qū)囟冉档?0℃，我們將會使可靠性提高一倍。換句話說，用任何可預(yù)測的故障率來衡量，我們都將使預(yù)期壽命延長一倍。看待這一問題的另一種方式就是，對那些想購買具有良好MTBF（平均無故障時間）標(biāo)稱值的人來說，如果工作溫度下降10℃，MTBF平均說來將增加一倍。
冷是相對的
冷的概念是相對的。任何東西，如果它的溫度低于接觸物的溫度，就感覺它是冷的。如果接觸物傳導(dǎo)的能量多于冷物體能散發(fā)掉的能量，則冷物體將與較熱物體達(dá)到平衡，不再覺得它比較冷；反之，較冷物體將繼續(xù)給人冷的感覺。質(zhì)量足夠大的冷物體能散發(fā)從較熱物體中可能獲得的全部熱量。熱平衡導(dǎo)致較熱物體變成與較冷物體具有相同的溫度。
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兩個物體之間發(fā)生的熱傳導(dǎo)的速度，取決于其所處環(huán)境中的接觸介質(zhì)。固體、液體和氣體具有各不相同的熱傳導(dǎo)速度或熱阻。熱阻可被看作是類似于電路中的電阻。電路中的電阻器具有相應(yīng)的電壓降，后者與某一特定時間流過電阻器的電流有關(guān)。熱阻是兩個物體之接觸面之間的接觸阻擋層兩側(cè)有多少度溫度“降”的量度。熱阻的量度通常以℃/W為單位。（直接比較總體上說并不簡單明了。如果你希望加深認(rèn)識<