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    散熱器資訊
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    功率器件的散熱計算及散熱器選擇

        目前的電子產品主要采用貼片式封裝器件,但大功率器件及一些功率模塊仍然有不少用穿孔式封 裝,這主要是可方便地安裝在散熱器上,便于散熱。進行大功率器件及功率模塊的散熱計算,其目的是在確定的散熱條件下選擇合適的散熱器,以保證器件或模塊安全、可靠地工作。

    散熱計算

        任何器件在工作時都有一定的損耗,大部分的損耗變成熱量。小功率器件損耗小,無需散熱裝置。而大功率器件損耗大,若不采取散熱措施,則管芯的溫度可達到或超過允許的結溫,器件將受到損壞。因此必須加散熱裝置,最常用的就是將功率器件安裝在散熱器上,利用散熱器將熱量散到周圍空間,必要時再加上散熱風扇,以一定的風速加強冷卻散熱。在某些大型設備的功率器件上還采用流動冷水冷卻板,它有更好的散熱效果。 散熱計算就是在一定的工作條件下,通過計算來確定合適的散熱措施及散熱器。功率器件安裝在散熱器上。它的主要熱流方向是由管芯傳到器件的底部,經散熱器將熱量散到周圍空間。若沒有風扇以一定風速冷卻,這稱為自然冷卻或自然對流散熱。

        熱量在傳遞過程有一定熱阻。由器件管芯傳到器件底部的熱阻為R JC,器件底部與散熱器之間的熱阻為R CS,散熱器將熱量散到周圍空間的熱阻為R SA,總的熱阻R JA=R JC+R CS+R SA。若器件的最大功率損耗為PD,并已知器件允許的結溫為TJ、環境溫度為TA,可以按下式求出允許的總熱阻R JA。

            R JA≤(TJ-TA)/PD

        則計算最大允許的散熱器到環境溫度的熱阻R SA為

            R SA≤({T_{J}-T_{A}}\over{P_{D}})-(R JC+R CS)

        出于為設計留有余地的考慮,一般設TJ為125℃。環境溫度也要考慮較壞的情況,一般設TA=40℃ 60℃。R JC的大小與管芯的尺寸封裝結構有關,一般可以從器件的數據資料中找到。R CS的大小與安裝技術及器件的封裝有關。如果器件采用導熱油脂或導熱墊后,再與散熱器安裝,其R CS典型值為0.1 0.2℃/W;若器件底面不絕緣,需要另外加云母片絕緣,則其R CS可達1℃/W。PD為實際的最大損耗功率,可根據不同器件的工作條件計算而得。這樣,R SA可以計算出來,根據計算的R SA值可選合適的散熱器了。

    散熱器簡介

        小型散熱器(或稱散熱片)由鋁合金板料經沖壓工藝及表面處理制成,而大型散熱器由鋁合金擠壓形成型材,再經機械加工及表面處理制成。它們有各種形狀及尺寸供不同器件安裝及不同功耗的器件選用。散熱器一般是標準件,也可提供型材,由用戶根據要求切割成一定長度而制成非標準的散熱器。 散熱器的表面處理有電泳涂漆或黑色氧極化處理,其目的是提高散熱效率及絕緣性能。在自然冷卻下可提高10 15%,在通風冷卻下可提高3%,電泳涂漆可耐壓500 800V。

        散熱器廠家對不同型號的散熱器給出熱阻值或給出有關曲線,并且給出在不同散熱條件下的不同熱阻值。

    計算實例

        一功率運算放大器PA02(APEX公司產品)作低頻功放,其電路如圖1所示。器件為8引腳TO-3金屬外殼封裝。器件工作條件如下:工作電壓 VS為 18V;負載阻抗RL為4 ,工作頻率直流條件下可到5kHz,環境溫度設為40℃,采用自然冷卻。

        查PA02器件資料可知:靜態電流IQ典型值為27mA,最大值為40mA;器件的R JC(從管芯到外殼)典型值為2.4℃/W,最大值為2.6℃/W。

        器件的功耗為PD:

            PD=PDQ+PDOUT

        式中PDQ為器件內部電路的功耗,PDOUT為輸出功率的功耗。PDQ=IQ(VS+|-VS|),
             PDOUT=V^{2}_{S}/4RL,代入上式

            PD=IQ(VS+|-VS|)+V^{2}_{S}/4RL

            =37mA(36V)+18V2/4 4

            =21.6W

    散熱器簡介

        小型散熱器(或稱散熱片)由鋁合金板料經沖壓工藝及表面處理制成,而大型散熱器由鋁合金擠壓形成型材,再經機械加工及表面處理制成。它們有各種形狀及尺寸供不同器件安裝及不同功耗的器件選用。散熱器一般是標準件,也可提供型材,由用戶根據要求切割成一定長度而制成非標準的散熱器。 散熱器的表面處理有電泳涂漆或黑色氧極化處理,其目的是提高散熱效率及絕緣性能。在自然冷卻下可提高10 15%,在通風冷卻下可提高3%,電泳涂漆可耐壓500 800V。

        散熱器廠家對不同型號的散熱器給出熱阻值或給出有關曲線,并且給出在不同散熱條件下的不同熱阻值。

    計算實例

        一功率運算放大器PA02(APEX公司產品)作低頻功放,其電路如圖1所示。器件為8引腳TO-3金屬外殼封裝。器件工作條件如下:工作電壓 VS為 18V;負載阻抗RL為4 ,工作頻率直流條件下可到5kHz,環境溫度設為40℃,采用自然冷卻。

        查PA02器件資料可知:靜態電流IQ典型值為27mA,最大值為40mA;器件的R JC(從管芯到外殼)典型值為2.4℃/W,最大值為2.6℃/W。

        器件的功耗為PD:

            PD=PDQ+PDOUT

        式中PDQ為器件內部電路的功耗,PDOUT為輸出功率的功耗。PDQ=IQ(VS+|-VS|),
             PDOUT=V^{2}_{S}/4RL,代入上式

            PD=IQ(VS+|-VS|)+V^{2}_{S}/4RL

            =37mA(36V)+18V2/4 4

            =21.6W

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