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文檔簡介
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11、KBPC20BK日PC2506W日戲圧日戲圧WMB35EWKBPC3CIBK日PC3506W日戲圧日陽DGWMB5DEMB50EWKBPC506KBPC506W整流橋堆上的符號(hào)“”表示交流,“+”表示正極,它和整流二極管的方向是有關(guān)的。如何判別整流橋的好與壞?用數(shù)字萬用表的二極管檔或指針表的100或1000檔,測量兩交流輸入端到整流橋輸出正端的阻值,若為開路或短路說明整流橋已壞,正常值應(yīng)為400到2000歐姆,還可測正端到輸入端的阻值應(yīng)為無窮大,否則為已壞。負(fù)端到輸入端的阻值也應(yīng)為400到2000才算正常。整流橋就是將整流管封在一個(gè)殼內(nèi)了,分全橋和半橋。全橋是將連接好的橋式整流電路的四個(gè)二極管
12、封在一起,半橋是將兩個(gè)二極管橋式整流的一半封在一起,用兩個(gè)半橋可組成一個(gè)橋式整流電路,一個(gè)半橋也可以組成變壓器帶中心抽頭的全波整流電路,選擇整流橋要考慮整流電路和工作電壓。整流橋的原理整流橋堆一般用在全波整流電路中,它又分為全橋與半橋。全橋是由4只整流二極管按橋式全波整流電路的形式連接并封裝為一體構(gòu)成的,圖是其外形。全橋的正向電流有0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、5A、10A、20A、35A、50A等多種規(guī)格,耐壓值(最高反向電壓)有25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1000V等多種規(guī)格。選擇整流橋要考慮整流電路和工作電壓.優(yōu)
13、質(zhì)的廠家有“文斯特電子”的G系列整流橋堆,進(jìn)口品牌有ST、IR等。整流橋堆一般用在全波整流電路中,它又分為全橋與半橋。整流橋命名規(guī)則一般整流橋命名中有3個(gè)數(shù)字,第一個(gè)數(shù)字代表額定電流,A后兩個(gè)數(shù)字代表額電壓(數(shù)字*100)V。如:KBL410,即4A,1000V;RS507,即5A,1000V。(1234567分別代表電壓檔的50V,100V,200V,400V,600V,800V,1000V)有多種方法可以用整流二極管將交流電轉(zhuǎn)換為直流電,包括半波整流、全波整流以及橋式整流等。整流橋,就是將橋式整流的四個(gè)二極管封裝在一起,只引出四個(gè)引腳。四個(gè)引腳中,兩個(gè)直流輸出端標(biāo)有或,兩個(gè)交流輸入端有標(biāo)記
14、。應(yīng)用整流橋到電路中,主要考慮它的最大工作電流和最大反向電壓。針對(duì)整流橋不同冷卻方式的選擇和對(duì)其散熱過程的詳細(xì)分析,來闡述元器件廠家提供的元器件熱阻(Rja和Rjc)的具體含義,并在此基礎(chǔ)上提出一種在技術(shù)上可行、使用上操作性強(qiáng)的測量整流橋殼溫的方法,為電源產(chǎn)品合理應(yīng)用整流橋提供借鑒。整流橋作為一種功率元器件,非常廣泛。應(yīng)用于各種電源設(shè)備。其內(nèi)部主要是由四個(gè)二極管組成的橋路來實(shí)現(xiàn)把輸入的交流電壓轉(zhuǎn)化為輸出的直流電壓。在整流橋的每個(gè)工作周期內(nèi),同一時(shí)間只有兩個(gè)二極管進(jìn)行工作,通過二極管的單向?qū)üδ?,把交流電轉(zhuǎn)換成單向的直流脈動(dòng)電壓。對(duì)一般常用的小功率整流橋(如:RECTRONSEMICONDUC
15、TOR的RS2501M)進(jìn)行解剖會(huì)發(fā)現(xiàn),該全波整流橋采用塑料封裝結(jié)構(gòu)(大多數(shù)的小功率整流橋都是采用該封裝形式)。橋內(nèi)的四個(gè)主要發(fā)熱元器件二極管被分成兩組分別放置在直流輸出的引腳銅板上。在直流輸出引腳銅板間有兩塊連接銅板,他們分別與輸入引腳(交流輸入導(dǎo)線)相連,形成我們?cè)谕庥^上看見的有四個(gè)對(duì)外連接引腳的全波整流橋。由于該系列整流橋都是采用塑料封裝結(jié)構(gòu),在上述的二極管、引腳銅板、連接銅板以及連接導(dǎo)線的周圍充滿了作為絕緣、導(dǎo)熱的骨架填充物質(zhì)環(huán)氧樹脂。然而,環(huán)氧樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)是比較低的(一般為0.35CW/m,最高為2.5CW/m),因此整流橋的結(jié)-殼熱阻一般都比較大(通常為1.010C/W)。通常情
16、況下,在元器件的相關(guān)參數(shù)表里,生產(chǎn)廠家都會(huì)提供該器件在自然冷卻情況下的結(jié)一環(huán)境的熱阻(Rja)和當(dāng)元器件自帶一散熱器,通過散熱器進(jìn)行器件冷卻的結(jié)-殼熱阻(Rjc)自然冷卻一般而言,對(duì)于損耗比較小(V3.0W)的元器件都可以采用自然冷卻的方式來解決元器件的散熱問題。當(dāng)整流橋的損耗不大時(shí),可采用自然冷卻方式來處理。此時(shí),整流橋的散熱途徑主要有以下兩個(gè)方面:整流橋的殼體(包括前后兩個(gè)比較大的散熱面和上下與左右散熱面)和整流橋的四個(gè)引腳。通常情況下,整流橋的上下和左右的殼體表面積相對(duì)于前后面積都比較小,因此在分析時(shí)都不考慮通過這四個(gè)面(上下與左右表面)的散熱。在這兩個(gè)主要的散熱途徑中,由于自然冷卻散熱
17、的換熱系數(shù)一般都比較?。╒10W/m2C),并且整流橋前后散熱面的絕對(duì)面積也比較小,因此實(shí)際上通過該途徑的散熱量也是十分有限的;由于引腳銅板是直接與發(fā)熱元器件(二級(jí)管)相連接的,并且其材料為銅,導(dǎo)熱性能很好,所以在自然冷卻散熱的情況下,整流橋的大部分損耗是通過該引腳把熱量傳遞給PCB板,然后由PCB板擴(kuò)充其換熱面積而散發(fā)到周圍的環(huán)境中去。具體的分析計(jì)算如下:1、整流橋表面熱阻如圖所示,可以得到整流橋的正向散熱面距熱源的距離為1.7mm,背向散熱面距熱源的距離為0.9mm;由于整流橋的上下及左右外表面積很小,因此忽約其熱量在這四個(gè)表面的散發(fā),可以得到整流橋正面和背面的傳熱熱阻為:一個(gè)二極管的熱阻
18、為:由于在同一時(shí)間,整流橋內(nèi)的四個(gè)二極管只有兩個(gè)在同時(shí)進(jìn)行工作,因此整流橋正面與背面的傳熱熱阻應(yīng)分別為兩個(gè)二極管熱阻的并聯(lián),即:由于整流橋表面到周圍空氣間的散熱為自然對(duì)流換熱,則整流橋殼體表面的自然冷卻熱阻為由上所述,可以得到整流橋通過殼體表面(正面和背面)的結(jié)溫與環(huán)境的熱阻分別為:則整流橋通過殼體表面途徑對(duì)環(huán)境進(jìn)行傳熱的總熱阻為:2、整流橋引腳熱阻假設(shè)整流橋焊接在PCB板上,其引腳的長度為12.0mm(從二極管的基銅板到PCB板上的焊盤),則整流橋一個(gè)引腳的熱阻為:在整流橋內(nèi)部,四個(gè)二極管是分成兩組且每組共用一個(gè)引腳銅板,因此整流橋通過引腳散熱的熱阻為這兩個(gè)引腳的并聯(lián)熱阻:一方面由于PCB板
19、的熱容比較大,另一方面冷卻風(fēng)與PCB板的接觸面積較大,其換熱條件較好,假設(shè)其PCB板的實(shí)際有效散熱面積為整流橋表面積的2倍,則PCB板與環(huán)境間的傳熱熱阻為:故,通過整流橋引腳這條傳熱途徑的熱阻為:比較上述兩種傳熱途徑的熱阻可知:整流橋通過殼體表面自然對(duì)流冷卻進(jìn)行散熱的熱阻()是通過引腳進(jìn)行散熱這種散熱途徑的熱阻()的1.5倍。于是我們可以得出如下結(jié)論:在自然冷卻的情況下,整流橋的散熱主要是通過其引腳線(輸出引腳正負(fù)極)與PCB板的焊盤來進(jìn)行的。因此,在整流橋的損耗不大,并用自然冷卻方式進(jìn)行散熱時(shí),我們可以通過增加與整流橋焊接的PCB表面的銅覆蓋面積來改善其整流橋的散熱狀況。同時(shí),我們可以根據(jù)上
20、述的兩條傳熱途徑得到整流橋內(nèi)二極管結(jié)溫到周圍環(huán)境間的總熱阻,即:其實(shí)這個(gè)熱阻也就是生產(chǎn)廠家在整流橋等元器件參數(shù)表中的所提供的結(jié)環(huán)境的熱阻。并且在自然冷卻的情況,也只有該熱阻具有實(shí)在的參考價(jià)值,其它的諸如Rjc也沒有實(shí)在的計(jì)算依據(jù),這一點(diǎn)可以通過在強(qiáng)迫風(fēng)冷情況下的傳熱路徑的分析得出。強(qiáng)迫風(fēng)冷卻當(dāng)整流橋等功率元器件的損耗較高時(shí)(4.0W),采用自然冷卻的方式已經(jīng)不能滿足其散熱的需求,此時(shí)就必須采用強(qiáng)迫風(fēng)冷的方式來確保元器件的正常工作。采用強(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí),可以分成兩種情況來考慮:a)整流橋不帶散熱器;b)整流橋自帶散熱器。1、整流橋不帶散熱器對(duì)于整流橋不帶散熱器而采用強(qiáng)迫風(fēng)冷這種情況,其分析的過程同自然
21、冷卻一樣,只不過在計(jì)算整流橋外殼向環(huán)境間散熱的熱阻和PCB板與環(huán)境間的傳熱熱阻時(shí),對(duì)其換熱系數(shù)的選擇應(yīng)該按照強(qiáng)迫風(fēng)冷情形來進(jìn)行,其數(shù)值通常為2030W/m2C。也即是:于是可以得到整流橋殼體表面的傳熱熱阻和通過引腳的傳熱熱阻為:于是整流橋的結(jié)環(huán)境的總熱阻為:由上述整流橋不帶散熱器的強(qiáng)迫對(duì)流冷卻分析中可以看出,通過整流橋殼體表面的散熱途徑與通過引腳進(jìn)行散熱的熱阻是相當(dāng)?shù)模环矫嫖覀兛梢酝ㄟ^增加其冷卻風(fēng)速的大小來改變整流橋的換熱狀況,另一方面我們也可以采用增大PCB板上銅的覆蓋率來改善PCB板到環(huán)境間的換熱,以實(shí)現(xiàn)提高整流橋的散熱能力。2、整流橋自帶散熱器當(dāng)整流橋自帶散熱器進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷來實(shí)現(xiàn)其散熱
22、目的時(shí),該種情況下的散熱途徑對(duì)比整流橋自然冷卻和帶散熱器的強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱這兩種散熱途徑,可以發(fā)現(xiàn)其根本的差異在于:散熱器的作用大大地改善了整流橋殼體與環(huán)境間的散熱熱阻。如果忽約散熱器與整流橋間的接觸熱阻,則結(jié)合整流橋不帶散熱器的傳熱分析,我們可以得到整流橋帶散熱器進(jìn)行冷卻的各散熱途徑熱阻分別如下:1)、整流橋殼體表面散熱熱阻a)整流橋正面殼體的散熱熱阻:同不帶散熱器的強(qiáng)迫風(fēng)冷一樣:b)整流橋背面殼體的散熱熱阻:假設(shè)忽約整流橋與殼體的接觸熱阻,貝I:選擇散熱器與環(huán)境間熱阻的典型值為:貝整流橋通過殼體表面散熱的總熱阻為:2)、流橋通過引腳散熱的熱阻:此時(shí)的熱阻同整流橋不帶散熱器進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí)的情形一
23、樣,于是有:我們可以得到,在整流橋帶散熱器進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí)的散熱總熱阻為上述兩個(gè)傳熱途徑的并聯(lián)熱阻:仔細(xì)分析上述的計(jì)算過程和各個(gè)傳熱途徑的熱阻數(shù)值,我們可以得出在整流橋帶散熱器進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí)的如下結(jié)論:在上述的三個(gè)傳熱途徑中(整流橋正面?zhèn)鳠?、整流橋背面通過散熱器的傳熱和整流橋通過引腳的傳熱),整流橋背面通過散熱器的傳熱熱阻最小,而通過殼體正面的傳熱熱阻最大,通過引腳的熱阻居中;比較整流橋散熱的總熱阻和通過背面散熱器傳熱的熱阻數(shù)值可以發(fā)現(xiàn):通過殼體背面散熱器傳熱熱阻與整流橋的總熱阻十分相當(dāng)。其實(shí)該結(jié)論也說明了,在此種情況下,整流橋的主要傳熱途徑是通過殼體背面的散熱器來進(jìn)行的,也就是整流橋上絕大部分
24、的損耗是通過散熱器來排放的,而通過其它途徑(引腳和殼體正面)的散熱量是很少的。由于此時(shí)整流橋的散熱狀況與散熱器的熱阻密切相關(guān),因此散熱器熱阻的大小將直接影響到整流橋上溫度的高低。由此可以看出,在生產(chǎn)廠家所提供的整流橋參數(shù)表中關(guān)于整流橋帶散熱器的熱阻時(shí),只可能是整流橋背面的結(jié)-殼(Rjc)或整流橋殼體上的總的結(jié)-殼熱阻(正面和背面熱阻的并聯(lián));此時(shí)的結(jié)-環(huán)境的熱阻已經(jīng)沒有參考價(jià)值,因?yàn)樗请S著散熱器的熱阻而顯著地發(fā)生變化的。殼溫確定整流橋在強(qiáng)迫風(fēng)冷冷卻時(shí)殼溫的確定由以上兩種情況三種不同散熱冷卻形式的分析與計(jì)算,我們可以得出:在整流橋自然冷卻時(shí),我們可以直接采用生產(chǎn)廠家所提供的結(jié)-環(huán)境熱阻(Rja
25、),來計(jì)算整流橋的結(jié)溫,從而可以方便地檢驗(yàn)我們的設(shè)計(jì)是否達(dá)到功率元器件的溫度降額標(biāo)準(zhǔn);對(duì)整流橋采用不帶散熱器的強(qiáng)迫風(fēng)冷情況,由于在實(shí)際使用中很少采用,在此不予太多的討論。如果在應(yīng)用中的確涉及該種情形,可以借鑒整流橋自然冷卻的計(jì)算方法;對(duì)整流橋采用散熱器進(jìn)行冷卻時(shí),我們只能參考廠家給我們提供的結(jié)-殼熱阻(Rjc),通過測量整流橋的殼溫從而推算出其結(jié)溫,達(dá)到檢驗(yàn)?zāi)康?。在此,我們著重討論該?jì)算殼溫測量點(diǎn)的選取及其相關(guān)的計(jì)算方法,并提出一種在實(shí)際應(yīng)用中可行、在計(jì)算中又可靠的測量方法。從前面對(duì)整流橋帶散熱器來實(shí)現(xiàn)其散熱過程的分析中可以看出,整流橋主要的損耗是通過其背面的散熱器來散發(fā)的,因此在此討論整流橋
26、殼溫如何確定時(shí),就忽約其通過引腳的傳熱量。現(xiàn)結(jié)合RS2501M整流橋在110VAC電源模塊上應(yīng)用的損耗(最大為22.0W)來分析。假設(shè)整流橋殼體外表面上的溫度為結(jié)溫(即150.0C),表面換熱系數(shù)為50.0W/m2C(在一般情況下,強(qiáng)迫風(fēng)冷的對(duì)流換熱系數(shù)為2040W/m2C)。那么在環(huán)境溫度為55.0C時(shí),通過整流橋正表面散發(fā)到環(huán)境中的熱量為:忽約整流橋引腳的傳熱量,則通過整流橋背面的傳熱量為:由于在整流橋殼體表面上的兩個(gè)傳熱途徑上(殼體正面、殼體背面)的熱阻分別為:根據(jù)熱阻的定義式有:所以,由上式可以看出:整流橋的結(jié)溫與殼體正面的溫差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于結(jié)溫與殼體背面的溫差,也就是說,實(shí)際上整流橋的殼體
27、正表面的溫度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其背面的溫度的。如果我們?cè)跍y量時(shí),把整流橋殼體正面溫度(通常情況下比較好測量)來作為我們計(jì)算的殼溫,那么我們就會(huì)過高地估計(jì)整流橋的結(jié)溫了!那么既然如此,我們應(yīng)該怎樣來確定計(jì)算的殼溫呢?由于整流橋的背面是和散熱器相互連接的,并且熱量主要是通過散熱器散發(fā),散熱器的基板溫度和整流橋的背面殼體溫度間只有接觸熱阻。一般而言,接觸熱阻的數(shù)值很小,因此我們可以用散熱器的基板溫度的數(shù)值來代替整流橋的殼溫,這樣不僅在測量上易于實(shí)現(xiàn),還不會(huì)給最終的計(jì)算帶來不可容忍的誤差。仿真分析整流橋在強(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí)的仿真分析前面本文從不同情形下的傳熱途徑著手,用理論的方法分析了整流橋在三種不同冷卻方式下的傳熱過程,在此本文通過仿真軟件詳細(xì)的整流橋模型來對(duì)帶有散熱器、強(qiáng)迫風(fēng)冷下的整流橋散熱問題進(jìn)行進(jìn)一步的闡述。仿真計(jì)算模型如上圖是仿真計(jì)算的模型外型圖。在該模型中,通過解剖一整流橋后
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