一、散熱器的設(shè)計(jì)

1、一、散熱器的設(shè)計(jì)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(lái)很大的方便。就理論而言，一個(gè)面積無(wú)限大的散熱器可使熱阻為零。但實(shí)際上是無(wú)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(xiě)成如下形式：PD(max)=(Tj(max)-TA(max) 式中：PD(max)半導(dǎo)體三極管最大耗散功率； Tj(max)半導(dǎo)體三極管所允許承受的最高溫度； TA(max)要求電路工作時(shí)所處的最高環(huán)境溫度； 熱流所經(jīng)過(guò)的總熱阻。從第一節(jié)中我們知道：=jc+cs

2、+sa 式中：jc半導(dǎo)體器件PN結(jié)到器件外殼的熱阻(W)； cs外殼到散熱器的熱阻(W)； sa由散熱器表面到周?chē)諝庵械臒嶙?W)。jc一般由制造商提供，可從手冊(cè)中查出。cs根據(jù)散熱器與外殼的接觸形式也可以求出。sa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)致越小，半導(dǎo)體器件在不超過(guò)最高結(jié)溫時(shí)所使用的功率越大。sa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(lái)求得sa。從sa公式中可以看到，增大散熱器面積可以減小sa,同樣增

3、大熱交換系數(shù)hc也可以減小sa。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(lái)減小sa。若由于受到空間限制而無(wú)法增加散熱器面積，sa的減小往往采用強(qiáng)制對(duì)流的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面以7800系列三端集成穩(wěn)壓器來(lái)說(shuō)明散熱器的設(shè)計(jì)方法。已知數(shù)據(jù)為：PD=8w；Tj(max)=125；設(shè)TA(max)=60，手冊(cè)查得jc=5W。將數(shù)據(jù)代入前面的方程，得： =(Tj-TA)PD =(125-60)8=813W 由于=jc+cs+sa，所以cs+sa=-jc=813-5=313W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c

4、s加sa不大于313W。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cs值?？梢?jiàn)，散熱器與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，應(yīng)為010W。為了計(jì)算的方便和留有余量，取cs=013W。于是得到sa=3W。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，應(yīng)選取sa3W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

5、應(yīng)垂直放置。二、常用鋁散熱板及散熱型材的特性 1散熱板saA關(guān)系曲線圖30-4圖30-6給出了不同材質(zhì)及不同安裝散熱板方式的saA關(guān)系曲線。只要經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算得知熱阻sa,便可從曲線中求出散熱板的厚度及散熱面積。2鋁散熱型材saV關(guān)系曲線圖30-7給出的熱阻sa和包絡(luò)體積V的關(guān)系曲線適用于常用梳狀截面鋁散熱器。只要經(jīng)計(jì)算得知熱阻sa,便可從曲線中得出散熱器的包絡(luò)體積V，從而可以根據(jù)V參數(shù)去選擇散熱器的截面積和長(zhǎng)度。由于鋁散熱型材品種繁多，各葉片的距離也有很大的差異，因此按圖30-7給出的曲線選擇散熱器時(shí)應(yīng)留有一定的余量為好。對(duì)于梳狀截面積散熱器，通常還可以用下式來(lái)估算散熱型材的包絡(luò)體積：式中：PD

6、功率元件最大耗散功率(W)。三、散熱器的使用與安裝 為保證功率元件與散熱器有良好的接觸，應(yīng)盡量避免使用絕緣墊，且應(yīng)保證功率元件與散熱器接觸面的平整與光滑。由于功率元件的外殼與散熱器很難做到緊密結(jié)合，總會(huì)留有看不見(jiàn)的空氣隙，所以在接觸面之間應(yīng)涂硅脂，以改善接觸效果，有利于散熱。當(dāng)功率元件的外殼與散熱器之間需要絕緣時(shí)，應(yīng)加裝絕緣墊，但絕緣墊的厚度必須在008012mm之間。功率元件應(yīng)用彈簧墊圈及螺釘緊固于散熱器的中央。為了增加散熱器的熱輻射能力，一般都進(jìn)行著色處理，安裝中不可將這種高輻射的涂層損壞。散熱器最好垂直安裝，不要過(guò)于貼近其他部件以利空氣對(duì)流，尤其不要接近發(fā)熱及怕熱的元器件。散熱器應(yīng)盡量裝在機(jī)殼外。當(dāng)散熱器裝在機(jī)內(nèi)時(shí)，要在散熱器附近的機(jī)殼上開(kāi)足夠的通風(fēng)孔