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电源热设计基础:对热阻的认识

时间:2021-09-21 06:34:25 点击:

对热阻的认识之前做了这么多电源还有高频机,我一直没有想过如何设计散热,或者说怎么样的散热设计才不会让芯片过温而损坏。

对于发热元件,散热是必须要考虑的事情,好的散热有利于元件最大化利用,而坏的散热则制约着元件的使用极限。

最近要去参加一个网络论坛举办的电源技术分享与实战研讨会,届时还带上自己的DIY作品,因此我早早准备好自己制作的电源,以让在场同行共同讨论设计心得还有其他方面的东西,我的160W反激式电源发热很大,本来想着找个散热片什么的随便安装看看能不能顶得住,结果满载工作了一会就过温保护,这才逼着我想着怎么计算散热面积还有如何选择散热材料。

虽然之前有听过热阻一词,也瞄过一眼计算过程,但是都没把这放心上,心想这东西没多大重要,但是我现在意识到散热是产品设计的一大重点内容,这难度不亚于电路设计,我们知道Θ*P=ΔT其中θ叫热阻(相当于电路的电阻),P叫耗散功率,ΔT叫温差,就是两点之间的温度差。

我们看芯片资料都有几个参数,其中一个叫最大耗散功率PCM,一个叫最大结温TJmax,还有热阻℃/W。

我们就是根据这几个参数设计散热。

很多人不知道PCM是如何得出来的,以为是I^2*R得出来的,但是当你查资料的时候发现代入公式得不出这个值。

芯片资料写的PCM都是在一定温度下的值,正常情况下TJ=150℃,Ta叫环境温度,Tc叫外壳温度,Ts叫散热器温度和绝缘层之间的温度,所以根据最上面的公式我们知道θ*PCM=(TJ-Tc),假如我们加上散热片和绝缘垫片什么的那么θ值就叫总热阻抗,θ=θjcθcsθsa,其中θjc就是芯片手册给的参数,叫结壳热阻,θcs叫壳到散热面的热阻,θsa叫散热材料到空气的热阻。

不同的散热材料热阻相差很大,所以要想得到良好的散热效果那么一定要选热阻小的散热材料,绝缘垫片的热阻也是各不相同,下面是一些散热材料的导热系数,系数越高,说明散热效果越好,热阻越小。

从表格可知,紫铜的导热系数最大,因此散热效果最好,空气的导热系数最小,所以空气的散热效果最差。

知道了PCM和允许最高结温TJ和环境温度,那么我们就知道总热阻是多少,从而计算出我们要的散热材料的热阻是多少,然后再选择散热材料。

当然,这个最后的散热是否达标还要根据实际测试才能知道。

计算只是一个大概值,起到一个大的指导方向。

此帖出自电源技术论坛

电源


热导率最大的单质是银,不过太贵了用不起.云母除了耐高温之外,实在不是个好的垫片


云母片的好处是绝缘


leifengfirst发表于2016-12-2400:36云母片的好处是绝缘

过薄的介质容易破裂,因此安规上对绝缘材料的厚度有要求.绝缘材料要综合衡量多项指标,并不是一味地追求单一的高介电强度


楼主的介绍比较理论,我给一个自己用的经验公式(仅适用于市场上常见的铝散热器):TO-220封装,在不用绝缘垫片、涂散热硅脂的条件下,θcs大约是0.5C/W(C是摄氏度,W是瓦,下同)。

假设铝散热片的全部表面积为S(cm^2),则θsa大约是(1600~2000)/S,单位也是C/W。

这个经验公式是不加风扇的。

另外有条件,就是从晶体管到散热片的最远边缘的距离不能大于散热片厚度的70倍。

这个距离/厚度的比值越大,热阻越大。


leifengfirst发表于2016-12-2400:36云母片的好处是绝缘

导热绝缘片也是绝缘的


有需要导热绝缘材料可以找我们样品送送送

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