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功率半導(dǎo)體元件在工作時，自身必然要產(chǎn)生熱損耗。但若發(fā)熱量太大，且又來不及向周圍媒質(zhì)消散，元件就會因超過其正常工作的保證溫度而失效。因此，選配合適的散熱器，是元件可靠工作的重要條件之一。

1. 概念

(1) 元件工作結(jié)溫Tj：即元件允許的最高工作溫度極限。本參數(shù)由制造廠提供，或產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制給出要求。

(2) 元件的損耗功率P：元件在工作時自身產(chǎn)生的平均穩(wěn)態(tài)功率消耗，定義為平均有效值輸出電流與平均有效值電壓降的乘積。

(3) 耗散功率Q：特定散熱結(jié)構(gòu)的散熱能力。

(4) 熱阻R：熱量在媒質(zhì)之間傳遞時，單位功耗所產(chǎn)生的溫升。

R = ΔT / Q

2. 散熱器的選配

設(shè)環(huán)境溫度為Ta。散熱器的配置目的，是必須保證它能將元件的熱損耗有效地傳導(dǎo)至周圍環(huán)境，并使其熱源＿即結(jié)點(diǎn)的溫度不超過Tj。用公式表示為

P < Q = ( Tj - Ta ) / R ①

(當(dāng)然，熱量的消散除對流傳導(dǎo)外，還可輻射。在后面討論)

而熱阻又主要由三部分組成：

R = Rjc + Rcs + Rsa ②

Rjc：結(jié)點(diǎn)至管殼的熱阻；

Rcs：管殼至散熱器的熱阻；

Rsa：散熱器至空氣的熱阻。

其中，Rjc與元件的工藝水平和結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系，由制造商給出。

Rcs與管殼和散熱器之間的填隙介質(zhì)（通常為空氣）、接觸面的粗糙度、平面度以及安裝的壓力等密切相關(guān)。介質(zhì)的導(dǎo)熱性能越好，或者接觸越緊密，則Rcs越小。

(參考值：我廠凸臺元件的風(fēng)冷安裝，一般可考慮Rcs≈0.1Rjc)

Rsa是散熱器選擇的重要參數(shù)。它與材質(zhì)、材料的形狀和表面積、體積、以及空氣流速等參量有關(guān)。

綜合①和②，可得

Rsa <〔( Tj - Ta ) / P〕- Rjc - Rcs ③

上式③即散熱器選配的基本原則。

一般散熱器廠商應(yīng)提供特定散熱器材料的形狀參數(shù)和熱阻特性曲線，據(jù)此設(shè)計(jì)人員可計(jì)算出所需散熱器的表面積、長度、重量，并進(jìn)一步求得散熱器的熱阻值Rsa。

3. 注意事項(xiàng)

上面的理論分析是一個普適原則，在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)留出足夠余量。因?yàn)樘峁?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、由元件到散熱器的安裝狀況、散熱器表面的空氣對流狀態(tài)、熱量的非穩(wěn)態(tài)分布等，都是非理想化的因素，應(yīng)預(yù)考慮。

另外，散熱器表面向空氣的熱輻射，也是一種熱耗散方式。在自冷設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用的陽極氧化發(fā)黑和打毛處理工藝，即是增加熱輻射的有效辦法。但該辦法明顯不適用要求強(qiáng)迫風(fēng)冷的以對流傳導(dǎo)為主要方式的設(shè)計(jì)，因?yàn)樯崞鞅砻嬖焦饬羷t熱阻越低，這是要特別提示設(shè)計(jì)人員的。