电源功率器件散热器计算

电动汽车散热器计算
电动汽车的散热器计算是为了确保电动汽车在工作过程中能够保持正常的温度，从而提高电池和电动机等重要部件的使用寿命。

散热器计算一般包括以下几个方面：
1. 散热功率计算：根据电动汽车各个部件的功率和热损耗来计算散热器需要处理的热量。

例如，电池组的功率损耗、电动机的功率损耗、电子控制器的功率损耗等。

2. 散热器面积计算：根据散热功率和散热器的换热能力来计算所需的散热器面积。

根据不同的散热器类型，可以使用不同的换热能力公式来计算。

3. 散热器材料选择：根据散热器工作条件和要求，选择合适的散热器材料，例如铝合金、镀锌板等。

4. 散热风扇选择：根据电动汽车散热器的设计和工作条件，选择合适的散热风扇，保证散热器能够正常工作。

需要注意的是，不同类型的电动汽车可能有不同的散热器计算要求。

因此，在进行散热器计算时，应根据具体的电动汽车型号和要求进行计算和设计。

同时，还需要考虑电动汽车在不同工况下的散热需求，例如高速行驶、低速行驶、急加速等。

功率器件热设计及散热器的优化设计1 表征功率器件热性能的主要参数功率器件应用时所受到的热应力可能来自器件内部，也可能来自器件外部。

器件工作时所耗散的功率要通过发热形式耗散出去。

若器件的散热能力有限，则功率的耗散就会造成器件内部芯片有源区温度上升及结温升高，使得器件可靠性降低，无法安全正常工作。

表征功率器件热能力的参数主要有结温和热阻。

一般将功率器件有源区称为结，器件的有源区温度称为结温。

这些器件的有源区可以是结型器件（如晶体管）的pn结区、场效应器件的沟道区，也可以是集成电路的扩散电阻或薄膜电阻等。

当结温T j高于周围环境温度Ta时，热量通过温差形成扩散热流，由芯片通过管壳向外散发，散发出的热量随着温差（Tj-T a）的增大而增大。

为了保证器件能够长期正常工作，必须规定一个最高允许结温 Tjmax。

Tjmax的大小是根据器件的芯片材料、封装材料和可靠性要求确定的。

功率器件的散热能力通常用热阻表征，记为 RT。

热阻越大，则散热能力越差。

热阻又分为内热阻和外热阻，内热阻是器件自身固有的热阻，与管芯、外壳材料的导热率、厚度和截面积以及加工工艺等有关；外热阻则与管壳封装的形式有关。

一般来说，管壳面积越大，则外热阻越小，金属管壳的外热阻就明显低于塑封管壳的外热阻。

当功率器件的功率耗散达到一定程度时，器件的结温升高，系统的可靠性降低，为了提高可靠性，应进行功率器件的热设计。

2 功率器件热设计功率器件热设计是要防止器件出现过热或温度交变引起的热失效，可分为器件内部芯片的热设计、封装的热设计和管壳的热设计以及功率器件实际使用中的热设计。

其主要关系如图1所示。

对于一般的功率器件，在生产工艺阶段，就要充分考虑器件内部、封装和管壳的热设计，当功率器件功耗较大时，依靠器件本身的散热（芯片、封装及管壳的热设计）并不能够满足散热要求。

功率器件结温可能会超出安全结温，此时需要安装合适的散热器，通过散热器有效散热，保证器件结温在安全结温之内且能长期正常可靠的工作。

MOSFET功率开关器件的散热计算MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种常用的功率开关器件，用于调节和控制电子电路中的功率输出。

在工作过程中，MOSFET 会产生一定的功耗，这会导致器件升温，为了保证器件的正常工作，需要进行散热计算。

散热计算的目的是确定器件的热阻和最大工作温度，以便选择适当的散热方式，以及确定散热器的大小和材料。

首先，我们需要了解MOSFET的功耗，计算器件的热阻和最大工作温度。

1.功耗计算：-静态功耗是指器件处于稳态工作时的功耗，主要是由电流引起的导通压降和漏极电流引起的静态功耗。

-动态功耗是指在开关过程中，由于MOSFET开关速度造成的功耗。

静态功耗可以通过电流和导通压降计算得出，动态功耗则需要根据MOSFET的开关速度和应用场景来进行估算。

一般来说，静态功耗较小，可以忽略不计，因此我们主要关注动态功耗。

2.热阻计算：热阻由两个组成部分构成：导热阻（junction-to-case thermal resistance）和散热阻（case-to-ambient thermal resistance）。

-导热阻是指热量从MOSFET结到器件封装外壳的传导阻力。

-散热阻是指热量从器件封装外壳传递到周围环境的散热阻力。

导热阻可以通过器件手册或厂商提供的数据手册来获得，散热阻可以通过热量传导理论和计算公式来估算。

3.最大工作温度：最大工作温度可以通过器件手册或厂商提供的数据手册来获得。

有了以上的基础知识，我们可以按照以下步骤进行MOSFET的散热计算：1.根据应用场景和数据手册提供的参数，计算出MOSFET的功耗。

2.根据功耗计算出MOSFET的热阻（包括导热阻和散热阻）。

3.确定最大工作温度，通常根据数据手册提供的温度参数来确定。

4.根据最大工作温度和热阻，计算出器件离开环境的温度差。

5.根据热耗的温度差和功耗，计算出散热器的尺寸和材料。

需要注意的是，散热计算是一个非常复杂的过程，涉及到多方面的因素，包括器件的封装类型、散热器的设计和材料选择等。

散热器尺寸设计计算方法1.散热器面积计算：散热器的面积是散热效果的关键因素之一、根据散热器的材料、形状和工况要求，可以计算出散热器需要的面积。

常用的计算公式如下：A=Q/(U*ΔT)其中，A为散热器面积（m^2），Q为需要散热的功率（热量，W），U为散热器的总传热系数（J/(m^2·s·K)），ΔT为散热器的温差（K）。

2.散热器尺寸计算：散热器的尺寸也是影响散热效果的重要参数。

常用的尺寸设计计算方法有以下几种：（1）翅片间距计算：翅片间距是翅片散热器的一个重要参数，影响散热器的散热面积。

一般情况下，翅片间距需要与相邻的翅片高度相等，以确保散热面积充分利用。

翅片间距计算公式如下：S=H/(N+1)其中，S为翅片间距（m），H为散热器的高度（m），N为翅片数量。

（2）翅片厚度计算：翅片厚度会影响散热器的散热效果和机械强度，一般情况下，翅片厚度越小，散热效果越好。

根据散热器的散热面积和翅片的数量，可以计算出翅片的厚度。

翅片厚度计算公式如下：T=A/(N*L)其中，T为翅片厚度（m），A为散热器的面积（m^2），N为翅片数量，L为散热器的长度（m）。

（3）散热管直径计算：散热管的直径也是散热器的一个重要尺寸参数。

直径越大，散热效果越好，但同时也会增加材料成本。

根据散热器的总传热系数和散热管的数量，可以计算出散热管的直径。

D=sqrt((4Q)/(P*π*N))其中，D为散热管的直径（m），Q为需要散热的功率（W），P为散热管的壁厚（m），N为散热管的数量。

除了上面介绍的计算方法，根据具体的散热要求和特殊情况，也可以采用一些其他的尺寸设计计算方法。

需要根据实际情况选择合适的计算方法，确保散热器的散热效果和稳定性。

散热器厂的计算金旗舰散热器的计算设I=350mA,Vin=12V,则耗散功率Pd=(12V-5V)*0.35A=2.45W按照TO-220封装的热阻θJA=54℃/W,温升是132℃,设室温25℃,那么将会达到7805的热保护点150℃,7805会断开输出.正确的设计方法是:首先确定最高的环境温度,比如60℃,查出7805的最高结温TJM AX=125℃,那么允许的温升是65℃.要求的热阻是65℃/2.45W=26℃/ W.再查7805的热阻,TO-220封装的热阻θJA=54℃/W,均高于要求值,都不能使用,所以都必须加散热片,资料里讲到加散热片的时候,应该加上4℃/W的壳到散热片的热阻.计算散热片应该具有的热阻也很简单,与电阻的并联一样,即54/ /x=26,x=50℃/W.其实这个值非常大,只要是个散热片即可满足.散热器的计算:总热阻RQj-a=(Tjmax-Ta)/PdTjmax :芯组最大结温150℃Ta :环境温度85℃Pd : 芯组最大功耗Pd=输入功率-输出功率={24×0.75+(-24)×(-0.25)}-9.8×0.25×2=5.5℃/W总热阻由两部分构成,其一是管芯到环境的热阻RQj-a,其中包括结壳热阻RQj-C和管壳到环境的热阻RQC-a.其二是散热器热阻RQd-a,两者并联构成总热阻.管芯到环境的热阻经查手册知 RQj-C=1.0 R QC-a=36 那么散热器热阻RQd-a应<6.4. 散热器热阻RQd-a=[(10/kd) 1/2+650/A]C其中k:导热率铝为2.08d:散热器厚度cmA:散热器面积cm2C:修正因子取1按现有散热器考虑,d=1.0 A=17.6×7+17.6×1×13算得散热器热阻RQd-a=4.1℃/W,散热器选择及散热计算目前的电子产品主要采用贴片式封装器件，但大功率器件及一些功率模块仍然有不少用穿孔式封装，这主要是可方便地安装在散热器上，便于散热。

dcdc热计算DC/DC热计算是指在直流电源中，对DC/DC变换器的热特性进行计算和分析，以确保变换器在工作过程中能够正常工作并避免过热导致故障。

热计算是设计和优化变换器的重要环节，可以帮助工程师选取合适的散热方案、确定合适的元器件等。

一、热计算的基本原理DC/DC热计算主要是通过计算各个元器件的功率损耗来得到整个变换器的热功率，然后再根据散热系统的特性来计算温度分布。

常见的元器件包括开关管、二极管、电感、电容等。

在计算功率损耗时，需要考虑元器件的导通和关断功耗，以及开关过程中的损耗。

二、热计算的步骤1.确定输入和输出电压：根据设计需求，确定变换器的输入和输出电压，以确定变换器的电流大小。

2.计算输入功率：根据输入电压和电流大小，计算出输入电路的功率。

3.计算输出功率：根据输出电压和电流大小，计算出输出电路的功率。

4.计算开关管功耗：开关管的功耗主要来自于导通和关断过程中的损耗。

通过计算开关管导通时间和关断时间，结合开关管的电流和电压，可以计算出开关管的功耗。

5.计算二极管功耗：二极管的功耗主要来自于导通过程中的正向电压降和反向电流。

通过计算二极管导通时间和二极管的电流和电压，可以计算出二极管的功耗。

6.计算电感功耗：电感的功耗主要来自于电流的涨落引起的损耗。

通过计算电感的电流大小，以及电感的电阻和电感系数，可以计算出电感的功耗。

7.计算电容功耗：电容的功耗主要来自于电流的涨落引起的损耗。

通过计算电容的电流大小，以及电容的电阻和电容系数，可以计算出电容的功耗。

8.计算散热器的热阻：根据散热器的材料和结构，可以计算出散热器的热阻。

同时需要根据散热器的面积和空气流速等因素，确定散热器的热导率。

9.计算变换器的温度分布：根据计算得到的功率损耗，结合散热器的热阻和热导率，可以计算出变换器的温度分布。

通过温度分布的计算，可以判断是否需要增加散热器、增加风扇、改进散热系统等。

三、热计算的应用DC/DC热计算广泛应用在工业控制、电源设计、电动机控制和通信等领域。

功率器件的散热计算及散热器选择H e a t D i s p e r s i o n C a l c u l a t i o n F o r P o w e r D e v i c e s a n d R a d i a t o r s S e l e c t i o n功率管的散热基础理论功率管是电路中最容易受到损坏的器件.损坏的大部分原因是由于管子的实际耗散功率超过了额定数值.那么它的额定功耗值是怎样确定的,还有没有潜力可挖呢?让我们来分析一下.晶体管耗散功率的大小取决于管子内部结温Tj. 当Tj 超过允许值后,电流将急剧增大而使晶体管烧毁.硅管允许结温一般是125~200℃,锗管为85℃左右(具体标准在产品手册中给出).耗散功率是指在一定条件下使结温不超过最大允许值时的电流与电压乘积.管子消耗的功率越大,结温越高.要保证结温不超过允许值,就必须将产生热散发出去.散热条件越好,则对应于相同结温允许的管耗越大,输出也就越大.因此功率管的散热问题是至关重要的.热阻为了描述器件的散热情况,引入热阻的概念.电流流过电阻R ，电阻消耗功率RI 2[W]（每秒RI 2焦耳能量），导致电阻温度上升。

用隔热材料覆盖电阻，电阻产生的热量不能散发时，则电阻温度随着时间增加而上升，直至电阻烧坏。

一般而言，二物体间的温差越大，温度高的物体向低的物体移动量增多。

某电阻置于空气中（如图6.33所示），由于流过电流向电阻提供功率，这功率变为热能。

在使电阻温度生高的同时，部分热能散发于空气中。

开始有电流流过电阻时，电阻温度不高，因此散发的热也小，电阻温度逐渐上升，散发的热量也上升与用电阻表示对电流的阻力类似.热阻表示热传输时所受的阻力.即由U1-U2=I ×R 可有类似的关系T1-T2=P ×R T (1-1)其中T1-T2为两点温度之差,P 为传输的热功率,R T 是传输单位功率时温度变化度数,单位是℃/W.RT 越大表明相同温差下散发的热能越小.于是结温Tj,环境温度Ta,管耗PCM 及管子的等效热阻R T 之间有以下的关系 Tj-Ta=P CM ×RT (1-2)若环境温度一定(常以25℃为基准), Tj 已定,则管子等效热阻越小,管耗P CM 就越可以提高.下面我们来看看管子的散热途径及等效热阻的情况.以晶体管为例.图1-1(a)是晶体管散热的示意图.从管芯(J-Junction)到环境(A-Ambient)之间有几条散热途径: 管芯(J)到外壳(C-Case),通过外壳直接向环境(A)散热;或通过散热器(S)(中间有界面)向环境散热.不同的管芯(指材料、工艺不同)本身的散热情况不同,或者说热阻不同.外壳、散热器等的热阻也各不相同.我们可用一个等效电路来模拟这个散热情况,如图1-1(b)所示.散发的热能Pc 表示为电流的形式;两点的温度分别为结温Tj,和环境温度Ta;结到外壳的热租用Rjc 表示,外壳到环境用Rca 表示,外壳到散热器用Rcs 表示,散热器到环境用Rsa 表示,加散热器后有两条并存的散热途径.图1-1 晶体管散热情况分析(a)晶体管散热示意图 (b)散热等效电路对于小功率管,一般不用散热器,则管子的等效热阻为R T = Rjc+ Rca (1-3)而大功率管加散热器后,一般总有Rcs+ Rsa<<Rca,则R T ≈ Rjc+ Rcs+ Rsa (1-4) 不同的管子Rjc 不同,比如MJ21195的Rjc=0.7℃/W,而MJE15034的Rjc=2.5℃/W. Rca 与管壳的材料和几何尺寸有关. Rsa 与散热器的材料(铝、铜等)及散热面积等有关.并且发现将它垂直放置比水平放置散热效果好,表面钝化涂黑又可改进热外壳C 散热器S (a)Pc (b) 易腾科技有限公司w w w s r p .c o mRcs 是管壳与散热器界面的热阻.可分为接触热阻和绝缘层热阻.接触热阻取决于接触面的情况,如面积大小、压紧程度等.若在界面涂导热性能较好的硅脂可减少热阻.当需要与散热器绝缘时(如利用外壳、底座进行散热的情况),垫入绝缘层也会形成热阻.绝缘层可以是0.05~0.1mm 厚的云母片或采用阳极氧化法在表面形成的绝缘层.若已知管子的总热阻为R T ,则在环境温度为T A 时允许的最大耗散功率可由式(1-2)得出.在产品手册上给出的管耗只在指定散热器(材料、尺寸一定)及一定环境温度下的最大允许值.若散热条件发生变化,则允许的管耗也应随之改变.对于其它类型的器件(包括集成功放等),耗散功率和散热的关系均与此类似.因此在使用中必须注意环境温度及合适的散热器(同时要注意器件与散热器的压紧情况等),才能获得所需的功率.图1-2 铝散热板的热阻实际产品设计的散热计算目前的电子产品主要采用贴片式封装器件，但大功率器件及一些功率模块仍然有不少用穿孔式封装，这主要是可方便地安装在散热器上，便于散热。

散热器技术参数(2008-6-5 15:03:24 阅读V 64次)在使用功率器件时最重要的是如何使其产生的热量有效地散发出去，以获得高可靠性。

散热的最一般方法是把器件安装在散热器上，散热板将热量辐射到周围的空气中去，以及通过自然对流来散发热量。

一般地说，从散热器到周围的空气的热流量(P)可由下例表示。

P=hA η△T式中h为散热器总的传热导率（W/cm2℃），A为散热器的表面积（cm2），η为散热器效率，△T为散热器的最高温度与环境温度之差（℃）。

上式中h是由辐射及对流来决定，η是由散热器的形成来决定。

总之，散热器的表面积越大，与环境温度之差越大，散热板的热量辐射越有效。

（1）辐射散热下述近似式表示辐射散热hr=2.3×10-11×ε（△T/2+237）3（W/cm2℃）式中ε是表面辐射率，随散热器的表面状况而变化。

表面研磨光洁的产品ε=0.05~0.1也就是说辐射率极差。

然而，散热器表面涂以涂料，经氧化可使ε=1。

（2）对流散热功率器件安装在装置的框架上时，采用对流散热比辐射散热更有效。

在一个大气压的空气中，采用对流散热器的传导率近似地由下式表示。

hc=4.3×10-4×（△T/H）1/4（W/cm2 ℃）式中，H是散热器垂直方向长于水平方向更为有效。

（3）散热器效率η若用薄材料制成散热器，则离热源越远，表面温度越低，散热效果也越差。

上述公式是假定温度都是均在分布的，而实际上在散热板的边缘部位表面温度越低。

这种由散热器本身温度确定的系数就是散热器效率，它表示散热板实际传递的热量与器材安装部位最高温度视为均匀分布时的热量之比。

η主要是由所用散热器的材料大小与厚度来决定的。

一般地说，热传导率高的材料如铝（2.12W/cm2 ℃）及铜（3.85W/cm2 ℃）而钢（0.46W/cm2 ℃）就相当差了。

另外，散热器的厚度以厚些为好，并以跟散热器的长度平方成比例为最佳。

散热器的选型与计算以7805为例说明问题.设I=350mA,Vin=12V,则耗散功率Pd=(12V-5V)*0.35A=2.45W按照TO-220封装的热阻θJA=54℃/W,温升是132℃,设室温25℃,那么将会达到7805的热保护点150℃,7805会断开输出.正确的设计方法是:首先确定最高的环境温度,比如60℃,查出7805的最高结温TJMAX=125℃,那么允许的温升是65℃.要求的热阻是65℃/2.45W=26℃/W.再查7805的热阻,TO-220封装的热阻θJA=54℃/W,均高于要求值,都不能使用,所以都必须加散热片,资料里讲到加散热片的时候,应该加上4℃/W的壳到散热片的热阻.计算散热片应该具有的热阻也很简单,与电阻的并联一样,即54//x=26,x=50℃/W.其实这个值非常大,只要是个散热片即可满足.散热器的计算:总热阻RQj-a=(Tjmax-Ta)/PdTjmax :芯组最大结温150℃Ta :环境温度85℃Pd : 芯组最大功耗Pd=输入功率-输出功率={24×0.75+(-24)×(-0.25)}-9.8×0.25×2=5.5℃/W总热阻由两部分构成,其一是管芯到环境的热阻RQj-a,其中包括结壳热阻RQj-C和管壳到环境的热阻RQC-a.其二是散热器热阻RQd-a,两者并联构成总热阻.管芯到环境的热阻经查手册知RQj-C=1.0 RQC-a=36 那么散热器热阻RQd-a应<6.4. 散热器热阻RQd-a=[(10/kd)1/2+650/A]C其中k:导热率铝为2.08d:散热器厚度cmA:散热器面积cm2C:修正因子取1按现有散热器考虑,d=1.0 A=17.6×7+17.6×1×13算得散热器热阻RQd-a=4.1℃/W,散热器选择及散热计算目前的电子产品主要采用贴片式封装器件，但大功率器件及一些功率模块仍然有不少用穿孔式封装，这主要是可方便地安装在散热器上，便于散热。

（一）散热器选择通用原则 散热器热阻Rsa 是选择散热器的主要依据。

Rsa=c ajm P TT−-（R jc+R cs）式中:R sa────散热器热阻，℃/W；R jc────半导体器件结壳热阻，℃/W；R cs────接触热阻，℃/W；T jm ────半导体器件最高工作结温，℃；T a────环境温度，℃；P c ────半导体器件耗散功率，W；T jm，P c，R jc可以从器件技术参数表中查到，或计算得到；T a是实际工作环境温度；R cs与接触材料的种类和接触压力有关，可以根据接触材料（如硅脂）的热阻参数估算得到。

所选择的散热器，其热阻值应小于以上的计算值，就可满足散热的要求。

散热器的热阻与材质，结构，表面状态，表面颜色，几何尺寸及冷却条件等有关；应该按照有关的标准用实验的方法测试得到，常用的散热器热阻曲线有3种，（1）热阻——长度曲线，（2）热阻——风速曲线，(3)功耗——温升曲线。

用CFD技术模拟仿真运算可以得到散热器的热阻值，风压及温度分布状况，为散热器选择提供参考依据。

（二）电力半导体用散热器的选择和使用原则 摘自JB/T9684-2000一﹑散热器选择的基本原则电力半导体器件用散热器选择要根据器件的耗散功率，器件结壳热阻，接触热阻，以及器件最高工作结温和冷却介质温度来综合考虑。

选用散热器时要了解散热器的散热能力范围，冷却方式，技术参数和结构特点，一种器件仅从热阻参数看，可能有多种散热器均能满足散热要求，但应结合冷却，安装，通用互换和经济性来综合考虑。

二﹑器件与散热器紧固力的要求为使器件与散热器组装后又良好的热接触，必须采用合适的安装力或安装力矩，其值由器件制造厂或器件标准给出，具有较小的范围，组装时应严格遵守不要超出范围，当器件厂未给出紧固力时，按照器件管壳与散热器接触的面积，可采用1~1.5KN/cm2的紧固力。

为了改善散热器与器件的接触，增加有效接触面积，提高散热效果，在散热器和器件之间可涂一薄层导电导热性物质如硅脂。

功率器件热设计及散热计算当前，设备的主要失效形式就是热失效。

据统计，电子设备的失效有55％是温度超过规定值引起的，随着温度的增强，电子设备的失效率呈指数增长。

所以，功率器件热设计是电子设备结构设计中不行忽视的一个环节，挺直打算了产品的胜利与否，良好的热设计是保证设备运行稳定牢靠的基础。

功率器件热性能的主要参数功率器件受到的热应力可来自器件内部，也可来自器件外部。

若器件的散热能力有限，则功率的耗散就会造成器件内部芯片有源区温度升高及结温上升，使得器件牢靠性降低，无法平安工作。

表征功率器件热能力的参数主要有结温柔热阻。

器件的有源区可以是结型器件(如晶体管)的PN结区、场效应器件的沟道区，也可以是的蔓延或薄膜电阻等。

当结温Tj高于周围环境温度Ta 时，热量通过温差形成蔓延热流，由芯片通过管壳向外散发，散发出的热量随着温差(Tj-Ta)的增大而增大。

为了保证器件能够长久正常工作，必需规定一个最高允许结温 Tj max。

Tj max的大小是按照器件的芯片材料、封装材料和牢靠性要求确定的。

功率器件的散热能力通常用热阻表征，记为Rt，热阻越大，则散热能力越差。

热阻又分为内热阻和外热阻：内热阻是器件自身固有的热阻，与管芯、外壳材料的导热率、厚度和截面积以及加工工艺等有关；外热阻则与管壳封装的形式有关。

普通来说，管壳面积越大，则外热阻越小。

金属管壳的外热阻显然低于塑封管壳的外热阻。

当功率器件的功率耗散达到一定程度时，器件的结温上升，系统的牢靠性降低，为了提高牢靠性，应举行功率器件的热设计。

功率器件热设计功率器件热设计主要是防止器件浮现过热或温度交变引起的热失效，可分为器件内部芯片的热设计、封装的热设计和管壳的热设计以及功第1页共4页。

案例C ASESＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ1152013 07浅谈功放散热器的计算与选用文／吴乐明　摘　要：电子技术的飞速发展给我们提出了新的挑战，其中就包括热设计，特别是在功放电路中，散热器设计的好坏直接影响到该功放的性能和寿命。

本文着重从与功放散热有关的几个参数入手，阐明它们之间的关系，重点分析散热器的计算和选用。

关键词：功放　散热器　计算　选用任何器件在工作时都有一定的损耗，大部分的损耗变成热量。

小功率器件损耗小，无需散热装置；而大功率器件损耗大，若不采取散热措施，则管芯的温度可达到或超过允许的结温，器件将受到损坏，因此必须加装散热装置。

一、功放散热器的计算在功放电路中，功放管本身必然消耗一部分功率，从表示效率的公式η=P 0/(P 0+P C )中也可以看出，其中P C 就是管耗，管耗的直接表现是使管子的结温升高，达到一定程度后，若不采取散热措施就会造成管子损坏。

另一方面，管子允许的功耗和散热情况有较大的关系，适当的散热处理会让管子的功耗提高，能较好地发挥管子的潜力。

下面从与功放散热有关的几个参数入手，阐明它们之间的关系，重点分析散热器的选择和使用。

有几个重要的参数必须要掌握。

1.热阻R T0热阻用于描述、理解管子的散热过程，是指阻碍热传导的阻力。

三极管的热阻（R Tj ）大小通常用℃/mW表示，其意义是每瓦的集电极耗散功率使三极管温度升高的读数。

显然，热阻越小，表明散热能力越强，在同样的环境温度下，允许的集电极功耗也就越大，R Tj 一般可以在手册中查到。

除此之外，还有管壳与散热片之间的热阻（R TC ）和散热片与空气的热阻(R Tf )。

R TC 一般为0.1～0.3℃/W，主要影响因素是三极管和散热片之间是否有绝缘垫片以及这两者之间的接触与紧固程度。

R Tf 取决于散热的形式、材料和面积。

常用的散热片一般用铝质材料经表面氧化后涂上黑色，以提高散热效果。

应当注意的是，散热片垂直放置时要比水平放置更有利于散热，同时，计算散热片面积是按一面计算的。

大功率LED的散热问题：LED是个光电器件，其工作过程中只有15%～25%的电能转换成光能，其余的电能几乎都转换成热能，使LED的温度升高。

在大功率LED中，散热是个大问题。

例如，1个10W白光LED若其光电转换效率为20%，则有8W的电能转换成热能，若不加散热措施，则大功率LED的器芯温度会急速上升，当其结温（TJ）上升超过最大允许温度时（一般是150℃），大功率LED会因过热而损坏。

因此在大功率LED灯具设计中，最主要的设计工作就是散热设计。

另外，一般功率器件（如电源IC）的散热计算中，只要结温小于最大允许结温温度（一般是125℃）就可以了。

但在大功率LED散热设计中，其结温TJ要求比125℃低得多。

其原因是TJ对LED的出光率及寿命有较大影响：TJ越高会使LED的出光率越低，寿命越短。

K2系列白光LED的结温TJ与相对出光率的关系。

在TJ=25℃时，相对出光率为1；TJ=70℃时相对出光率降为0.9；TJ=115℃时，则降到0.8了。

：TJ=50℃时，寿命为90000小时；TJ=80℃时，寿命降到34000小时；TJ=115℃时，其寿命只有13300小时了。

TJ在散热设计中要提出最大允许结温值TJmax,实际的结温值TJ应小于或等于要求的TJmax,即TJ≤TJmax。

大功率LED的散热路径.大功率LED在结构设计上是十分重视散热的。

图2是Lumiled公司K2系列的内部结构、图3是NICHIA公司NCCW022的内部结构。

从这两图可以看出：在管芯下面有一个尺寸较大的金属散热垫，它能使管芯的热量通过散热垫传到外面去。

大功率LED是焊在印制板（PCB）上的，如图4所示。

散热垫的底面与PCB的敷铜面焊在一起，以较大的敷铜层作散热面。

为提高散热效率，采用双层敷铜层的PCB，其正反面图形如图5所示。

这是一种最简单的散热结构。

热是从温度高处向温度低处散热。

大功率LED主要的散热路径是：管芯→散热垫→印制板敷铜层→印制板→环境空气。