功率器件的散热计算及散热器选择

功率器件的散热计算及散热器选择

功率器件的散热计算及散热器选择  Heat Dispersion Calculation For Power Devices and Radiators Selection

功率管的散热基础理论
功率管是电路中最容易受到损坏的器件.损坏的大部分原因是由于管子的实际耗散功率超过了额定数值.那么它的额定功耗值是怎样确定的,还有没有潜力可挖呢?让我们来分析一下.
晶体管耗散功率的大小取决于管子内部结温Tj. 当Tj 超过允许值后,电流将急剧增大而使晶体管烧毁.硅管允许结温一般是125~200℃,锗管为85℃左右(具体标准在产品手册中给出).耗散功率是指在一定条件下使结温不超过最大允许值时的电流与电压乘积.管子消耗的功率越大,结温越高.要保证结温不超过允许值,就必须将产生热散发出去.散热条件越好,则对应于相同结温允许的管耗越大,输出也就越大.因此功率管的散热问题是至关重要的.

热阻
为了描述器件的散热情况,引入热阻的概念.电流流过电阻R，电阻消耗功率RI2[W]（每秒RI2 焦耳能量），导致电阻温度上升。用隔热材料覆盖电阻，电阻产生的热量不能散发时，则电阻温度随着时间增加而上升，直至电阻烧坏。
一般而言，二物体间的温差越大，温度高的物体向低的物体移动量增多。某电阻置于空气中（如图6.33 所示），由于流过电流向电阻提供功率，这功率变为热能。在使电阻温度生高的同时，部分热能散发于空气中。开始有电流流过电阻时，电阻温度不高，因此散发的热也小，电阻温度逐渐上升，散发的热量也上升

关于散热器选择
首先确定要散热的电子元器件，明确其工作参数，工作条件，尺寸大小，安装方式，选择散热器的底板大小比元器件安装面略大一些即可，因为安装空间的限制，散热器主要依靠与空气对流来散热，超出与元器件接触面的散热器，其散热效果随与元器件距离的增加而递减。对于单肋散热器，如果所需散热器的宽度在表中空缺，可选择两倍或三倍宽度的散热器截断即可。

关于散热器的计算方法
参数定义：
RT ------ 总内阻，℃/W；
Rjc ------ 半导体器件内热阻，℃/W；
Rcs ------ 半导体器件与散热器界面间的界面热阻，℃/W；
Rsa ------ 散热器热阻，℃/W；
Tj ------ 半导体器件结温，℃；
Tc ------ 半导体器件壳温，℃；
Ts ------ 散热器温度，℃；
TA ------ 环境温度，℃；
PD ------ 半导体器件使用功率，W；
ÄTsa ------ 散热器温升，℃；

散热器简介
小型散热器(或称散热片)由铝合金板料经冲压工艺及表面处理制成，而大型散热器由铝合金挤压形成型材，再经机械加工及表面处理制成。它们有各种形状及尺寸供不同器件安装及不同功耗的器件选用。散热器一般是标准件，也可提供型材，由用户根据要求切割成一定长度而制成非标准的散热器。散热器的表面处理有电泳涂漆或黑色氧极化处理，其目的是提高散热效率及绝缘性能。在自然冷却下可提高10~15%，在通风冷却下可提高3%，电泳涂漆可耐压500~800V。
散热器厂家对不同型号的散热器给出热阻值或给出有关曲线，并且给出在不同散热条件下的不同热阻值。

例1.3：为什么散热器通常用铝来制作？
答：从材料的导热性能来看，银最好、铜、金次之、然后是铝，但是金、银的价格相对昂贵，不适宜大量使用；铜的导热性比铝好，但是铜比铝重约两倍而且加工成形性差，只能制作成简单的形状；铝的导热性良好、重量轻、比铜便宜而且耐腐蚀、利用加工设备可以制成各种复杂的形状，能满足电子电力行业对散热器的诸多要求，因此被认为是制作散热器的最佳材料；而6063铝合金具有良好的导热性,成形性,强化处理后强度适中适合各种机加工,是制造型材散热器的首选材料。

例1.4：为什么铝散热器价格比普通铝型材贵？
答：由于制作散热器的铝材有特殊的要求，包括化学成分、复杂的形状、底板的光洁度、表面处理等；用6063牌号制成的铝材其导热系数是杂铝的数倍，制作散热器成品，通常要对铝材进行机加工和单件的表面处理，这会降低材料的利用率，因此折合到单位重量的价格会比普通的铝型材贵。

例1.5：散热器的表面颜色对散热性能有什么影响？
答：通常散热器的表面颜色制成银白色（铝本色）、黑色、金黄色及其他鲜艳的颜色，由于黑色的热辐射能力最强，在自然对流的条件下，黑色的散热器比银白色的散热能力提高5％左右，而金黄色及其他鲜艳的颜色，则不会增加散热能力或增加极小，但对表面能起到保护作用。在强制冷却（如风冷）条件下，散热器表面颜色对散热性能没有影响。

例1.6：铝材散热器的散热面积是怎么计算的？
答：铝材散热器的散热面积等于（周长×截断长度），其中：周长是厂家图纸提供的，截断长度由用户确定；简单地可以用（2×翅片高度×翅片数量＋底板宽度）×截断长度来估算；如果翅片上带小齿，其散热面积比不带小齿（光齿）的翅片增加15％左右.

很不错的资料，楼主传了几次出错后，发邮件给我代为上传了。

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