关于风冷散热器的选配方法
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风冷散热器的选配
功率半导体元件在工作时,自身必然要产生热损耗,但若发热量太大且又来不及向周围媒质消散,元件就会因超过其正常工作的保证温度而失效。因此选配合适的散热器是元件可靠工作的重要条件之一
概念
1元件工作结温Tj，即元件允许的最高工作温度极限
本参数由制造厂提供或产品标准强制给出要求
2元件的损耗功率P，元件在工作时自身产生的平均稳态功率消耗定义为有效值输出电流与有效值电压降的乘积
3耗散功率Q，特定散热结构的散热能力
4热阻R，热量在媒质之间传递时单位功耗所产生的温升
R=ΔT/Q
一 散热器的选配
设环境温度为Ta散热器的配置目的是必须保证它能将元件的热损耗有效地传导至周围环境，并使其热源即结点的温度不超过Tj用公式表示为
P<Q=(Tj-Ta)/R
(当然热量的消散除对流传导外还可辐射在后面讨论)
而热阻又主要由三部分组成
R=Rjc+Rcs+Rsa
Rjc结点至管壳的热阻
Rcs管壳至散热器的热阻
Rsa散热器至空气的热阻
其中Rjc与元件的工艺水平和结构有很大关系由制造商给出
Rcs与管壳和散热器之间的填隙介质通常为空气接触面的粗糙度平面度以及安装的压力等密切相关介质的导热性能越好或者接触越紧密则Rcs越小
(参考值我厂凸台元件的风冷安装一般可考虑Rcs0.1Rjc)
Rsa是散热器选择的重要参数它与材质材料的形状和表面积体积以及空气流速等参量有关
综合和可得
Rsa<(Tj-Ta)/P-Rjc-Rcs
上式即散热器选配的基本原则
一般散热器厂商应提供特定散热器材料的形状参数和热阻特性曲线据此设计人员可计算出所需散热器的表面积长度重量并进一步求得散热器的热阻值Rsa
二 注意事项
上面的理论分析是一个普适原则在实际设计中应留出足够余量因为提供数据的准确性由元件到散热器的安装状况散热器表面的空气对流状态热量的非稳态分布等都是非理想化的因素应予考虑
另外散热器表面向空气的热辐射也是一种热耗散方式在自冷设计中广泛应用的阳极氧化发黑和打毛处理工艺即是增加热辐射的有效办法但该办法明显不适用要求强迫风冷的以对流传导为主要方式的设计因为散热器表面越光亮则热阻越低这是要特别提示设计人员的 |
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