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風冷散熱器的選配

2009年07月28日 08:14 本站整理 作者:佚名 用戶評論(0
關鍵字:可控硅(71715)
風冷散熱器的選配

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功率半導體元件在工作時,自身必然要產生熱損耗。但若發(fā)熱量太大,且又來不及向周圍媒質消散,元件就會因超過其正常工作的保證溫度而失效。因此,選配合適的散熱器,是元件可靠工作的重要條件之一。

1. 概念

(1) 元件工作結溫Tj:即元件允許的最高工作溫度極限。本參數(shù)由制造廠提供,或產品標準強制給出要求。

(2) 元件的損耗功率P:元件在工作時自身產生的平均穩(wěn)態(tài)功率消耗,定義為平均有效值輸出電流與平均有效值電壓降的乘積。

(3) 耗散功率Q:特定散熱結構的散熱能力。

(4) 熱阻R:熱量在媒質之間傳遞時,單位功耗所產生的溫升。

R = ΔT / Q

2. 散熱器的選配

設環(huán)境溫度為Ta。散熱器的配置目的,是必須保證它能將元件的熱損耗有效地傳導至周圍環(huán)境,并使其熱源_即結點的溫度不超過Tj。用公式表示為

P < Q = ( Tj - Ta ) / R ①

(當然,熱量的消散除對流傳導外,還可輻射。在后面討論)

而熱阻又主要由三部分組成:

R = Rjc + Rcs + Rsa ②

Rjc:結點至管殼的熱阻;

Rcs:管殼至散熱器的熱阻;

Rsa:散熱器至空氣的熱阻。

其中,Rjc與元件的工藝水平和結構有很大關系,由制造商給出。

Rcs與管殼和散熱器之間的填隙介質(通常為空氣)、接觸面的粗糙度、平面度以及安裝的壓力等密切相關。介質的導熱性能越好,或者接觸越緊密,則Rcs越小。

(參考值:我廠凸臺元件的風冷安裝,一般可考慮Rcs≈0.1Rjc)

Rsa是散熱器選擇的重要參數(shù)。它與材質、材料的形狀和表面積、體積、以及空氣流速等參量有關。

綜合①和②,可得

Rsa <〔( Tj - Ta ) / P〕- Rjc - Rcs ③

上式③即散熱器選配的基本原則。

一般散熱器廠商應提供特定散熱器材料的形狀參數(shù)和熱阻特性曲線,據(jù)此設計人員可計算出所需散熱器的表面積、長度、重量,并進一步求得散熱器的熱阻值Rsa。

3. 注意事項

上面的理論分析是一個普適原則,在實際設計中應留出足夠余量。因為提供數(shù)據(jù)的準確性、由元件到散熱器的安裝狀況、散熱器表面的空氣對流狀態(tài)、熱量的非穩(wěn)態(tài)分布等,都是非理想化的因素,應預考慮。

另外,散熱器表面向空氣的熱輻射,也是一種熱耗散方式。在自冷設計中廣泛應用的陽極氧化發(fā)黑和打毛處理工藝,即是增加熱輻射的有效辦法。但該辦法明顯不適用要求強迫風冷的以對流傳導為主要方式的設計,因為散熱器表面越光亮則熱阻越低,這是要特別提示設計人員的。

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