散熱器的設(shè)計(jì)與安裝

作者：時(shí)間：2008-01-28 來源：中電網(wǎng)

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一、散熱器的設(shè)計(jì)

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/78138.htm

最簡(jiǎn)便實(shí)用的散熱裝置就是散熱器。一個(gè)有許多葉片的散熱器或一個(gè)面積較大的散熱板都會(huì)大大增加散熱面積，給熱的傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射都會(huì)帶來很大的方便。就理論而言，一個(gè)面積無限大的散熱器可使熱阻為零。但實(shí)際上是無法做到這一點(diǎn)的，這是因?yàn)樯崞魇褂弥姓加械目臻g有限，這就要求合理地選擇散熱器和計(jì)算其面積。

根據(jù)條件，可以將溫度一熱流方程寫成如下形式：

P_D(max)=(T_j(max)-T_A(max))／θ

??? 式中：P_D(max)——半導(dǎo)體三極管最大耗散功率；

?? ???????T_j(max)——半導(dǎo)體三極管所允許承受的最高溫度；

?? ???????T_A(max)——要求電路工作時(shí)所處的最高環(huán)境溫度；

? ????????θ——熱流所經(jīng)過的總熱阻。

從第一節(jié)中我們知道：

θ=θjc+θcs+θsa

??? 式中：θjc——半導(dǎo)體器件PN結(jié)到器件外殼的熱阻(℃／W)；

?? ???????θcs——外殼到散熱器的熱阻(℃／W)；

?? ???????θsa——由散熱器表面到周圍空氣中的熱阻(℃／W)。

θjc一般由制造商提供，可從手冊(cè)中查出。θcs根據(jù)散熱器與外殼的接觸形式也可以求出。θsa是控制半導(dǎo)體器件結(jié)溫三個(gè)熱阻中最重要的一個(gè)參數(shù)，在選擇散熱器時(shí)具有重要的作用。該熱阻越小，則導(dǎo)致θ越小，半導(dǎo)體器件在不超過最高結(jié)溫時(shí)所使用的功率越大。θsa是熱交換系數(shù)(hc)和散熱面積(A)的函數(shù)，有以下關(guān)系：

熱交換系數(shù)hc是一個(gè)很復(fù)雜的函數(shù)，很難取一個(gè)通用的系數(shù)。因此，為方便散熱器的選用，常常由提供的各種實(shí)用曲線來求得θsa。

從θsa公式中可以看到，增大散熱器面積可以減小θsa,同樣增大熱交換系數(shù)hc也可以減小θsa。在一般散熱裝置中，廣為采用的是自然對(duì)流方式，此時(shí)只能采取增加散熱器面積的方法來減小θsa。若由于受到空間限制而無法增加散熱器面積，θsa的減小往往采用強(qiáng)制對(duì)流的方式來實(shí)現(xiàn)。

下面以7800系列三端集成穩(wěn)壓器來說明散熱器的設(shè)計(jì)方法。

已知數(shù)據(jù)為：P_D=8w；T_j(max)=125℃；設(shè)T_A(max)=60％，手冊(cè)查得θjc=5℃／W。

將數(shù)據(jù)代入前面的方程，得：

??? θ=(T_j-T_A)／P_D

??? =(125-60)／8=8．13℃／W

??? 由于θ=θjc+θcs+θsa，所以

θcs+θsa=θ-θjc=8．13-5=3．13℃／W

計(jì)算的結(jié)果表明，剩下的任務(wù)就是選擇適當(dāng)?shù)纳崞骱痛_定散熱器與7800三端集成穩(wěn)壓器的安裝方式，以保證θcs加θsa不大于3．13℃／W。

在管殼和散熱器的安裝中，為防止短路，一般在散熱器和管殼之間加有絕緣墊。必須注意的是，絕緣墊應(yīng)選用同時(shí)具有高電阻和低熱阻雙重特性的材料，如云母片就屬此類材料。為了使接觸面接觸緊密以降低cs,往往在接觸面上涂有硅脂。表30-2列出了一些情況下的θcs值?？梢姡崞髋c管殼的連接方式是安裝和維修電子設(shè)備時(shí)應(yīng)特別注意的。

在本例中，采用不加絕緣墊并加硅脂的接觸方式，θ應(yīng)為0．10℃／W。為了計(jì)算的方便和留有余量，取θcs=0．13℃／W。于是得到θsa=3℃／W。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，應(yīng)選取θsa≤3℃／W的散熱器。依據(jù)圖30-4所給出的鋁散熱板特性曲線，散熱器應(yīng)使用3mm厚的鋁板，其面積不小于200cm2，鋁散熱板且應(yīng)垂直放置。