1、散熱設(shè)計(jì),1,開關(guān)電源的熱設(shè)計(jì),散熱設(shè)計(jì),2,散熱設(shè)計(jì),每超過室溫10度，元器件的壽命將下降一半,散熱設(shè)計(jì),3,效率,輸入輸出電壓高，容易高效 額定功率大，容易高效 高效的變壓器尺寸較大 中小功率范圍內(nèi)，效率很難超越95% 2W以下的功率等級，70%已經(jīng)很高 CMOS好于TTL,散熱設(shè)計(jì),4,散熱途徑,傳導(dǎo)、對流、輻射。 高溫 低溫,熱氣上行,散熱設(shè)計(jì),5,常用元器件的允許工作溫度,散熱設(shè)計(jì),6,熱阻概念R,oC / W,熱阻溫度差/熱源功率,串并聯(lián)方法與電阻相同,散熱設(shè)計(jì),7,散熱設(shè)計(jì),8,(1)選用耐熱性和熱穩(wěn)定性好的元器件和材料，以提高其允許的工作溫度。如選用耐熱性能較好的硅三極管取代熱

2、性能較差的鍺三極管、觸點(diǎn)材料盡量以鉑銀取代銅。 (2)減小電源內(nèi)部的發(fā)熱量。為此，應(yīng)盡量選用小功率執(zhí)行元件，如用晶體管代替真空管，選用小功率變壓器或者不用變壓器，多選用微功耗器件并在電路設(shè)計(jì)中盡量減少發(fā)熱元器件的數(shù)量，選取熱負(fù)荷時(shí)應(yīng)留有適當(dāng)?shù)膬淞俊?(3)用冷卻的方法降低環(huán)境溫度加快散熱速度。 在室溫下，對熱阻的要求不大于30W時(shí), 可不考慮散熱問題。 對熱阻的要求在5W - 4W時(shí), 可用叉指形散熱器散熱。 在4oCW一0.2oCW時(shí)，可用型材散熱器。 在1W一0.05W時(shí)，可用強(qiáng)制風(fēng)冷。 在0.1oCW一0.02oCW時(shí)，可用水冷。 當(dāng)對熱阻的要求低于0.02W時(shí)，可考慮用熱管.,散熱設(shè)

3、計(jì)的要求,散熱設(shè)計(jì),9,一般地，三極管的PC(max) 是在保持管殼溫度Ta=25不變，Tj達(dá)到150條件下確定的功耗值，因此可用下式 /W 求出R,越大，一定結(jié)溫下Pcmax,散熱設(shè)計(jì),10,常見封裝外殼的熱阻,不采用散熱器時(shí)，功率封裝只能耗散最大功率的5%以下，包括表面貼裝時(shí)以PCB板散熱的情況。,散熱設(shè)計(jì),11,常見封裝外殼的熱阻(續(xù)),散熱設(shè)計(jì),12,器件手冊里的相關(guān)參數(shù),散熱設(shè)計(jì),13,傳導(dǎo)散熱,1、導(dǎo)熱體傳導(dǎo)(導(dǎo)熱定律) K-熱導(dǎo)率 A-截面積 L-導(dǎo)熱路徑長度,散熱設(shè)計(jì),14,各種材料的熱導(dǎo)率(W/cmC),散熱設(shè)計(jì),15,傳導(dǎo)散熱,2、界面?zhèn)鲗?dǎo) hi-界面的熱導(dǎo)系數(shù) 與光潔度、

4、表面受壓大小、填充材料有關(guān),散熱設(shè)計(jì),16,接觸熱阻( )參考數(shù)據(jù),R(C-S),散熱設(shè)計(jì),17,散熱設(shè)計(jì),18,器件的熱阻等效電路,結(jié)到外殼,外殼到空氣,外殼到散熱器,散熱器到空氣,散熱設(shè)計(jì),19,常見散熱片,平板式 燕翅式,注意放置方式,散熱設(shè)計(jì),20,散熱器的散熱類型,散熱設(shè)計(jì),21,熱管的原理,熱管(英文名：Heat Pipe 1963年美國LOS ALAMOS國家實(shí)驗(yàn)室G.M.GROVER在應(yīng)用物理雜志命名),是一種導(dǎo)熱性能力特別強(qiáng)的導(dǎo)熱管元件，傳熱效率比同樣材質(zhì)的純銅高出數(shù)千倍。,熱管工作原理說明：熱管管內(nèi)的液體受熱汽化；汽化了的飽和蒸汽向冷端流動；飽和蒸汽在冷端冷凝放出熱量；冷凝

5、液體回到熱端繼續(xù)吸熱汽化。,散熱設(shè)計(jì),22,熱阻與散熱器容積的關(guān)系, 自然對流和強(qiáng)迫風(fēng)冷,發(fā)熱量增大到兩倍，散熱器體積要增大到四倍,散熱設(shè)計(jì),23,散熱器(Heat Sink)熱阻( )估算公式,R(S-a),式中, K為散熱器熱導(dǎo)率, d 和A 分別是HEAT SINK 的厚度和面積, 分別以cm 和cm2表示. C是修正因子. 此式在空氣溫度不超過45oC時(shí)成立.,散熱設(shè)計(jì),24,散熱器的選擇方法,2. 最大外殼溫度,3. 散熱器熱阻計(jì)算(R(C-S)+R(S-a) =R(C-a),散熱設(shè)計(jì),25,器件損耗功率(Pd)的一般計(jì)算,通態(tài)功耗 PON,斷態(tài)損耗 POFF 一般忽略 驅(qū)動損耗 P

6、GATE 根據(jù)不同器件確定 吸收回路的損耗 根據(jù)具體的吸收回路及其參數(shù)而定,MOSFET 、IGBT等壓控器件的驅(qū)動損耗要小于電流型驅(qū)動器件,散熱設(shè)計(jì),26,Vgs,開通損耗,散熱設(shè)計(jì),27,關(guān)斷損耗,散熱設(shè)計(jì),28,散熱器的選擇實(shí)例,一DC/DC電源的功率晶體管, 其工作電流20A, 電壓100V, 開關(guān)頻率fS為10kHz, 占空比Dy為0.5, R(j-c)為0.5oC/W, 通態(tài)管壓降為1V, 開和關(guān)的時(shí)間為1s和2 s, 環(huán)境溫度25oC時(shí), 管的結(jié)溫不超過155oC, 直接安裝在無硅油的散熱器上, 要求選配合適的散熱器.,散熱設(shè)計(jì),29,散熱器的選擇實(shí)例(續(xù)),散熱設(shè)計(jì),30,散熱

7、器的選擇的注意點(diǎn),1. 在保證散熱要求的前提下,盡量選用體積小、重量輕的散熱器。 2. 安裝時(shí),盡量增大器件和散熱器的接觸面積和壓力，用硅脂涂在接觸面上。注意安裝的方式和方向。 3. 散熱器表面應(yīng)粗糙，但與器件接觸面要有好的光潔度，涂黑。 4. 管子與機(jī)殼絕緣時(shí)，應(yīng)使散熱器與機(jī)殼絕緣，不僅采用電絕緣片。 5. 密封情況下，要注意沒有對流。 6. 風(fēng)冷時(shí)的風(fēng)道設(shè)計(jì)。,散熱設(shè)計(jì),31,輻射散熱,T1-高溫物體溫度 T2-低溫物體溫度 e-輻射率（無量綱） f-視野系數(shù)（無量綱） A-高溫物體表面積 -斯特凡一玻爾茲曼常數(shù),散熱設(shè)計(jì),32,幾種材料的輻射率（100C）,鋁（工業(yè)薄板）：0.09 鋁（

8、氧化）：0.33 鋁（噴白漆）：0.94 鋁（噴黑漆）：0.94 鐵（磨光）：0.140.38 鐵（噴黑漆）：0.8,散熱設(shè)計(jì),33,對流散熱,1、自然對流,hc-對流散熱系數(shù),1、垂直平板； 2、水平平板； 3、小間隙； 4、渦流。,散熱設(shè)計(jì),34,對流散熱,2、強(qiáng)制風(fēng)冷,F-空氣流量（cm3/s）；與風(fēng)速有關(guān) -空氣密度（g/cm3）； CP-空氣比熱。,散熱設(shè)計(jì),35,對流散熱,3、強(qiáng)制水冷,F-水流量（cm3/s）；與水速有關(guān) -水密度（g/cm3）； CP-水比熱。 相同體積下,水帶走的熱量是風(fēng)的28倍,散熱設(shè)計(jì),36,安裝方式,回路布局 功率電阻 電解電容 變壓器和線圈 功率半導(dǎo)體

9、（安裝力矩） 大電流導(dǎo)線,散熱設(shè)計(jì),37,電子元器件的降額處理,電子元器件失效取決于電應(yīng)力和溫度！ 電阻：降功率； 電容：降電壓； 半導(dǎo)體：降功耗。,散熱設(shè)計(jì),38,電阻：,30秒平均功率不超過額定的50%； 電壓不超過額定的80%； 對線繞電阻： 30秒平均功率不超過額定的30%； 不低于額定的10%；,散熱設(shè)計(jì),39,電容：,紙、薄膜、云母：60%； 玻璃釉、瓷介：50%； 固體鉭電容：45%； 液體鉭電容：70%.； 鋁電解：60%70%,散熱設(shè)計(jì),40,IRFP450的降額曲線,散熱設(shè)計(jì),41,瞬態(tài)熱阻抗,r(tp),tp(s),Where Z為瞬態(tài)熱阻, R為穩(wěn)態(tài)熱阻,散熱設(shè)計(jì),42,Waveform of Junc