金沙39366

Heat Dispersion Calculation For Power Devices and Radiators Selection

■北京航空航天大学 方佩敏

今朝的电子产品次要接纳贴片式封装器件,但大功率器件及一些功率模块仍旧有很多用穿孔式封装,这次要是可便利地安装在散热器上,便于散热。停止大功率器件及功率模块的散热计较,其目标是在肯定的散热条件下挑选适宜的散热器,以包管器件或模块宁静、牢靠地事情。


散热计较


任何器件在事情时都有必然的消耗,大部分的消耗酿成热量。小功率器件消耗小,无需散热安装。而大功率器件消耗大,若不采纳散热步伐,则管芯的温度可到达或超越许可的结温,器件将遭到破坏。因而必需加散热安装,最常用的就是将功率器件安装在散热器上,操纵散热器将热量散到四周空间,须要时再加上散热电扇,以必然的风速增强冷却散热。在某些大型装备的功率器件上还接纳活动冷水冷却板,它有更好的散热结果。散热计较就是在必然的事情条件下,经由过程计较来肯定适宜的散热步伐及散热器。功率器件安装在散热器上。它的次要热流标的目的是由管芯传到器件的底部,经散热器将热量散到四周空间。若没有电扇以必然风速冷却,这称为天然冷却或天然对流散热。

热量在通报历程有必然热阻。由器件管芯传到器件底部的热阻为R JC,器件底部与散热器之间的热阻为R CS,散热器将热量散到四周空间的热阻为R SA,总的热阻R JA=R JC+R CS+R SA。若器件的最大功率消耗为PD,并已知器件许可的结温为TJ、环境温度为TA,能够按下式求出许可的总热阻R JA。

R JA≤(TJ-TA)/PD

则计较最大许可的散热器到环境温度的热阻R SA为

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

出于为设想留有余地的思索,普通设TJ为125℃。环境温度也要思索较坏的状况,普通设TA=40℃ 60℃。R JC的巨细与管芯的尺寸封装构造有关,普通能够从器件的数据资料中找到。R CS的巨细与安装手艺及器件的封装有关。假如器件接纳导热油脂或导热垫后,再与散热器安装,其R CS典范值为0.1 0.2℃/W;若器件底面不绝缘,需求别的加云母片绝缘,则其R CS可达1℃/W。PD为实践的最大消耗功率,可按照差别器件的事情前提计较而得。如许,R SA能够计较出来,按照计较的R SA值可选适宜的散热器了。


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外表处置制成,而大型散热器由铝合金挤压构成型材,再经机器加工及外表处置制成。它们有各类外形及尺寸供差别器件安装及差别功耗的器件选用。散热器普通是标准件,也可供给型材,由用户按照要求切割成必然长度而制成非标准的散热器。散热器的外表处置有电泳涂漆或玄色氧极化处置,其目标是进步散热服从及绝缘性能。在天然冷却下可进步10 15%,在透风冷却下可进步3%,电泳涂漆可耐压500 800V。

散热器厂家对差别型号的散热器给出热阻值或给出有关曲线,而且给出在差别散热条件下的差别热阻值。


计较实例


一功率运算放大器PA02(APEX公司产物)作低频功放,其电路如图1所示。器件为8引脚TO-3金属外壳封装。器件事情前提以下:事情电压 VS为 18V;负载阻抗RL为4 ,事情频次直流条件下可到5kHz,环境温度设为40℃,接纳天然冷却。

查PA02器件资料可知:静态电流IQ典范值为27mA,最大值为40mA;器件的R JC(从管芯到外壳)典范值为2.4℃/W,最大值为2.6℃/W。


器件的功耗为PD:


PD=PDQ+PDOUT

式中PDQ为器件内部电路的功耗,PDOUT为输出功率的功耗。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
式中静态电流取37mA。
散热器热阻R SA计较:R SA≤({T_{J}-T_{A}}\over{P_{D}})-(R_{ JC}+R_{ CS}})

为留有余量,TJ设125℃,TA设为40℃,R JC取最大值(R JC=2.6℃/W),R CS取0.2℃/W,(PA02间接安装在散热器上,中央有导热油脂)。将上述数据代入公式得

R SA≤{125℃-40℃}\over{21.6W}-(2.6℃/W+0.2℃/W)≤1.135℃/W

HSO4在天然对流时热阻为0.95℃/W,可满意散热要求。


注意事项

1.在计较中不克不及取器件数据资料中的最大功耗值,而要按照实践前提来计较;数据资料中的最大结温普通为150℃,在设想中留有余地取125℃,环境温度也不能取25℃(要思索炎天及机箱的实践温度)。

2.散热器的安装要思索利于散热的标的目的,而且要在机箱或机壳上相应的位置开散热孔(使冷空气从底部进入,热氛围从顶部散出)。

3.若器件的外壳为一电极,则安装面不绝缘(与内部电路不绝缘)。安装时必需接纳云母垫片来绝缘,以避免短路。

4.器件的引脚要穿过散热器,在散热器上要钻孔。为避免引脚与孔壁相碰,应套上聚四氟乙稀套管。

5.别的,差别型号的散热器在差别散热条件下有差别热阻,可供设计时参改,即在实践使用中可参照这些散热器的热阻来计较,并可采用类似的构造外形(截面积、周长)的型材构成的散热器来代用。

6.在上述计较中,有些参数是设定的,与实践值能够有收支,代用的型号尺寸也不完全相同,以是在批量消费时应作模仿实验来证明散热器挑选能否适宜,须要时做一些改正(如型材的长度尺寸或改变型材的型号等)后才气作批量消费。

IDT热量数据

检察热量数据 - (Excel)

考虑到微电子器件的功率耗损成绩,热效能管理关于任何电子产品可否到达最好机能是至关重要的。微电子器件的操纵温度决议了产物的速率和可靠性。IDT主动致力于增强其产物和封装的研发,以到达最好的速率和可靠性。但是,产物机能常常遭到执行情况影响,因而当心处置各项影响操纵温度的身分有助于充分发挥产物的功用。

 

影响器件操纵温度最重要的身分包罗功率耗损、氛围温度、封装机关和冷却安装等。以上这些身分配合决议了产物的操纵温度。以下是今朝计较操纵温度所接纳的方程式

QJA = (TJ - TA)/P

QJC = (TJ - TC)/P

QCA = (TC - TA)/P

QJA = QJC + QCA

TJ = TA + P [QJA ]

TC = TA + P [QCA ]

QJA = 管芯到周围环境氛围的封装热阻力 (每瓦摄氏度)

QJC = 管芯到封装外壳的封装热阻力 (每瓦摄氏度)

QCA = 封装外壳到周围环境氛围的封装热电阻 (每瓦摄氏度)

TJ = 均匀管芯温度 (摄氏度)

TC = 封装外壳温度 (摄氏度)

TA = 周围环境氛围温度 (摄氏度)

P = 功率 (瓦)

以上方程式是今朝决议封装温度的办法。业界偶然会接纳更加准确和庞大的办法,但响应地需求得到更多的装配前提和冷却装备方面的信息。因为搜集这些信息是相称艰难的,这些简朴的办法就凡是被用来比力差别封装的热机能和猜测操纵温度。

热或冷:热阻值是关键因素

热阻值是测试的关键因素。它是种决议散热器机能表示的测试办法。它是按照以下公式,从处理器的电压丧失PV、芯片温度TD和环境温度TA所计较出来:

Rtherm=(TD-TA)/PV单元K/W

 

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更新工夫:2010.02.26    检察次数:1634
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