功率器件的散热计算及散热器选择

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。

功率半导体元件在工作时，自身必然要产生热损耗。

选配合适的散热器，是元件可靠工作的重要条件之一。

(一) 概念：1. 元件额定工作结温Tjm：即元件允许的最高工作温度极限。

本参数由制造厂提供，或产品标准强制给出要求。

2. 元件的损耗功率P：元件在工作时自身产生的平均稳态功率消耗，定义为平均有效值输出电流与平均有效值电压降的乘积。

3. 耗散功率Q：特定散热结构的散热能力。

4. 热阻R：热量在媒质之间传递时单位功耗所产生的温升。

R=△T/Q(二) 散热器的选配：设环境温度为Ta 。

散热器配置的目的，是必须保证它能将元件的热损耗有效地传导至周围环境，并使其热源(即结点)的温度不超过Tjm 。

用公式表示为 P而热阻又主要由三部分组成：R=Rjc+Rcs+Rsa …….②其中：Rjc—结点至管壳的热阻，与元件的工艺水平和结构有很大关系，由制造厂给出；Rcs—管壳至散热器的热阻，与管壳和散热器之间的填隙介质(通常为空气)、接触面的粗糙度、平面度以及安装的压力等密切相关。

介质的导热性能越好或者接触越紧密，则Rcs越小。

瑞田达公司的散热器安装，一般Rcs≈(0.1~0.2)RjcRsa—散热器至空气的热阻，它是散热器选择的重要参数，与材质、材料的形状和表面积、体积以及散热介质(如水、空气)流速等参数有关。

综合.①和②，可得 Rsa<[(Tjm-Ta)/P]- Rjc-Rcs …….③上式③即散热器选配的基本原则。

一般散热器厂商应提供特定散热器材料的形状参数和热阻特性曲线，据此设计人员可计算出所需散热器的表面积、长度、重量，并进一步求得散热器的热阻值Rsa 。

选用标准散热器时，可根据③式计算出的值选取合适的散热器。

螺栓型器件的散热器见特性参数表中推荐的散热器。

平板型元件，必须选择SS水冷系列和SF风冷系列散热器，它们的Rsa(三) 注意事项上面的理论分析是一个普遍原则，在实际设计中应留出足够余量。

另外，散热器表面向空气的热辐射，也是一种热耗散方式。

半导体功率器件的散热计算晨怡热管2006-12-31 0:58:06【摘要】本文通过对半导体功率器件发热及传热机理的讨论，导出了半导体功率器件的散热计算方法。

【关键词】半导体功率器件功耗发热热阻散热器强制冷却一、半导体功率器件的类型和功耗特点一般地说，半导体功率器件是指耗散功率在1瓦或以上的半导体器件。

按照半导体功率器件的运用方式，可分为半导体功率放大器件和半导体功率开关器件。

1、半导体功率放大器件半导体功率放大器又因其放大电路的类型分为甲类放大器、乙类推挽放大器、甲乙类推挽放大器和丙类放大器。

甲类放大器的理论效率只有50%，实际运用时则只有30%左右；乙类推挽放大器的理论效率也只有78.5%，实际运用时则只有60%左右；甲乙类推挽放大器和丙类放大器的效率介乎甲类放大器和乙类推挽放大器之间。

也就是说，半导体功率放大器件从电源中取用的功率只有一部分作为有用功率输送到负载上去，其余的功率则消耗在半导体功率放大器件上，半导体功率放大器在工作时消耗在半导体功率放大器件上的功率称为半导体功率放大器件的功耗。

半导体功率放大器件的功耗为其集电极—发射极之间的电压降乘以集电极电流：P D=U ce·I c（式1—1）式中P D为半导体功率放大器件的功耗（单位W）。

U ce为半导体功率放大器件集电极—发射极之间的电压降（单位V）。

I c为半导体功率放大器件的集电极电流（单位A）。

线性调整型直流稳压电源中的调整管是工作在放大状态的半导体功率放大器件，所以其功耗的计算和半导体功率放大器件的功耗计算是相似的。

例如一个集成三端稳压器，其功耗就是：输入端—输出端电压差乘以输出电流。

2、半导体功率开关器件半导体功率开关器件例如晶体闸流管、开关三极管等。

它们的工作状态只有两个：关断（截止）或导通（饱和）。

理想的开关器件在关断（截止）时，其两端的电压较高，但电流为零，所以功耗为零；导通（饱和）时流过它的电流较大，但其两端的电压降为零，所以功耗也为零。

浅谈功放散热器的计算与选用作者：吴乐明来源：《职业·中旬》2013年第07期摘要：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=P0/（P0+PC）中也可以看出，其中PC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RT0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（RTj）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，RTj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（RTC）和散热片与空气的热阻（RTf）。

RTC 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。

RTf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。

模块散热器选择发布时间：2010-09-18用户选配散热器时，必须考虑以下因素：①模块工作电流大小，以决定所需散热面积；②使用环境，据此可以确定采取什么冷却方式——自然冷却、强迫风冷、还是水冷；③装置的外形、体积、给散热器预留空间的大小，据此可以确定采用什么形状的散热器。

一般而论，大多数用户会选择铝型材散热器。

下面给出散热器长度的计算公式：模块所需散热面积＝（散热器周长）×（散热器长度）＋（截面积）×２其中，模块所需散热面积为模块特性参数表中给出的参考值，散热器周长、截面积可以在散热器厂家样本中查到，散热器长度为待求量。

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=hAη△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是由散热器的形状来决定。

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是散热垂直方向的高度。

散热器的间隔高定在H1/4（cm）之内。

总之，散热器的垂直方向长于水平方向更为有效。

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。

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。

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。

散热的最一般的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是由散热器的形状来决定。

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。

散热量是散热器的一项重要技术参数，每一种散热器出厂时都标有标准散热量（即△T=64.5℃时的散热量）。

但是工程所提供的热媒条件不同，因此我们必须根据工程所提供的热媒条件，如进水温度、出水温度和室内温度，计算出温差△T，然后根据各种不同的温差来计算散热量，△T的计算公式：△T＝（进水温度+出水温度）／2-室内温度。

现介绍几种简单的计算方法：（一）根据散热器热工检验报告中，散热量与计算温差的关系式来计算。

在热工检验报告中给出一个计算公式Q=m×△Tn,m和n在检验报告中已定，△T可根据工程给的技术参数来计算，例：铜铝复合74×60的热工计算公式（十柱）是：Q=5.8259×△T（十柱）1.标准散热热量：当进水温度95℃,出水温度70℃,室内温度18℃时：△T =（95℃+70℃）/2-18℃=64.5℃十柱散热量:Q=5.8259×64.5=1221.4W每柱散热量1224.4 W÷10柱＝122 W／柱2.当进水温度80℃,出水温度60℃,室内温度18℃时：△T =（80℃+60℃）/2-18℃=52℃十柱散热量:Q=5.8259×52=926W每柱散热量926 W÷10柱＝92.6W／柱3.当进水温度70℃,出水温度50℃,室内温度18℃时：△T =（70℃+50℃）/2-18℃=42℃十柱散热量:Q=5.8259×42=704.4W每柱散热量704.4W ÷10柱＝70.4W／柱（二）从检验报告中的散热量与计算温差的关系曲线图像中找出散热量：我们先在横坐标上找出温差，例如64.5℃，然后从这一点垂直向上与曲线相交M 点，从M点向左水平延伸与竖坐标相交的那一点，就是它的散热量（W）。

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。

大功率半导体器件用散热器风冷热阻计算公式和应用软件-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1大功率半导体器件用散热器风冷热阻计算公式和应用软件2012-03-12 14:17:31作者：来源：中国电力电子产业网文章概要如下：一、计算公式为了推导风冷散热器热阻计算公式作如下设定：1，散热器是由很多块金属平板组成，平板一端连在一起成一块有一定厚度的基板，平板之间存在间隙，散热器的基本单元是一块平板;2，平板本身具有一定的长度、宽度和厚度(L×l×b)。

平板的横截面积A =L × b;3，由n个平板(齿片)组成的散热器如图一所示，平板(齿片)数为n ;4，由此可见，参数L即为散热器长，或称“截长”;5，设散热器端面周长为“S”。

大功率半导体器件安装在基板上，工作时产生的热通过接触面传到散热器的过程属于固体导热。

散热器平板周围是空气。

风冷条件下平板上的热要传到空气中属于固体与流体间的传热。

所以风冷散热器总热阻等于两部分热阻之和：Rzo(总热阻)= Rth(散热器内固体传热)+ Rthk(散热器与空气间的传热热阻)引用埃克尔特和..德雷克着的“传热与传质”中的基本原理和公式。

推导出如下实用公式：Ks 为散热器金属材料的导热系数。

20℃时，纯铝：KS = 千卡/ 小时米℃;纯铜：Ks = 332 千卡/ 小时米℃;参数L、l、b、S的单位：米;风速us 单位：米/秒如散热器端面的周边长为S 、散热器的长为L，忽略两端面的面积，散热器的总表面积为： A = S L 。

代入上式后，强迫风冷条件下散热器总热阻公式也可写成：对某一型号的散热器来说参数 Ks、b、n、S 都是常数。

用此公式即可求出不同长度L、不同风速us条件下的总热阻，并可作出相应曲线。

本公式的精确性受到多种因素的影响存在一定误差。

主要有：ⅰ，受到环境空气的温度、湿度、气压等自然因素的影响。

如散热器金属的热导系数“Ks”与金属成分及散热器工作时温度有关，本文选用的是20℃时的纯铝。

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。

进行大功率器件及功率模块的散热计算，其目的是在确定的散热条件下选择合适的散热器，以保证器件或模块安全、可靠地工作。

散热计算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。

因此必须加散热装置，最常用的就是将功率器件安装在散热器上，利用散热器将热量散到周围空间，必要时再加上散热风扇，以一定的风速加强冷却散热。

在某些大型设备的功率器件上还采用流动冷水冷却板，它有更好的散热效果。

散热计算就是在一定的工作条件下，通过计算来确定合适的散热措施及散热器。

功率器件安装在散热器上。

它的主要热流方向是由管芯传到器件的底部，经散热器将热量散到周围空间。

若没有风扇以一定风速冷却，这称为自然冷却或自然对流散热。

热量在传递过程有一定热阻。

由器件管芯传到器件底部的热阻为RJC，器件底部与散热器之间的热阻为RCS，散热器将热量散到周围空间的热阻为RSA，总的热阻RJA="R"JC+RCS+RSA。

若器件的最大功率损耗为PD，并已知器件允许的结温为TJ、环境温度为TA，可以按下式求出允许的总热阻RJA。

RJA≤(TJ-TA)/PD则计算最大允许的散热器到环境温度的热阻RSA为RSA≤({T_{J}-T_{A}}over{P_{D}})-(RJC+RCS)出于为设计留有余地的考虑，一般设TJ为125℃。

环境温度也要考虑较坏的情况，一般设TA=40℃60℃。

RJC的大小与管芯的尺寸封装结构有关，一般可以从器件的数据资料中找到。

RCS的大小与安装技术及器件的封装有关。

如果器件采用导热油脂或导热垫后，再与散热器安装，其RCS典型值为0.10.2℃/W;若器件底面不绝缘，需要另外加云母片绝缘，则其RCS 可达1℃/W。

半导体功率器件的散热计算晨怡热管2006-12-31 0:58:06【摘要】本文通过对半导体功率器件发热及传热机理的讨论，导出了半导体功率器件的散热计算方法。

【关键词】半导体功率器件功耗发热热阻散热器强制冷却一、半导体功率器件的类型和功耗特点一般地说，半导体功率器件是指耗散功率在1瓦或以上的半导体器件。

按照半导体功率器件的运用方式，可分为半导体功率放大器件和半导体功率开关器件。

1、半导体功率放大器件半导体功率放大器又因其放大电路的类型分为甲类放大器、乙类推挽放大器、甲乙类推挽放大器和丙类放大器。

甲类放大器的理论效率只有50%，实际运用时则只有30%左右；乙类推挽放大器的理论效率也只有78.5%，实际运用时则只有60%左右；甲乙类推挽放大器和丙类放大器的效率介乎甲类放大器和乙类推挽放大器之间。

也就是说，半导体功率放大器件从电源中取用的功率只有一部分作为有用功率输送到负载上去，其余的功率则消耗在半导体功率放大器件上，半导体功率放大器在工作时消耗在半导体功率放大器件上的功率称为半导体功率放大器件的功耗。

半导体功率放大器件的功耗为其集电极—发射极之间的电压降乘以集电极电流：P D=U ce·I c（式1—1）式中P D为半导体功率放大器件的功耗（单位W）。

U ce为半导体功率放大器件集电极—发射极之间的电压降（单位V）。

I c为半导体功率放大器件的集电极电流（单位A）。

线性调整型直流稳压电源中的调整管是工作在放大状态的半导体功率放大器件，所以其功耗的计算和半导体功率放大器件的功耗计算是相似的。

例如一个集成三端稳压器，其功耗就是：输入端—输出端电压差乘以输出电流。

2、半导体功率开关器件半导体功率开关器件例如晶体闸流管、开关三极管等。

它们的工作状态只有两个：关断（截止）或导通（饱和）。

理想的开关器件在关断（截止）时，其两端的电压较高，但电流为零，所以功耗为零；导通（饱和）时流过它的电流较大，但其两端的电压降为零，所以功耗也为零。