目前的電(dian)子産(chan)品主要采用貼(tie)片式(shi)封裝(zhuang)器件(jian)，但大(da)功(gong)率(lü)器件(jian)及一些功率模(mo)塊仍(reng)然有(you)不少(shao)用穿(chuan)孔式(shi)封 裝，這主(zhu)要(yao)是可方(fang)便地安裝(zhuang)在散熱器上，便(bian)于散(san)熱。進行大功率器件及功(gong)率模(mo)塊的(de)散(san)熱計算(suan)，其目(mu)的是在确(que)定的散熱條件(jian)下選擇合适的(de)散熱器，以(yi)保證(zheng)器件(jian)或模塊安(an)全、可靠(kao)地工作。
散熱(re)計算(suan)
任何(he)器件在工作時(shi)都有(you)一定的損(sun)耗，大部分(fen)的損耗變成熱量。小(xiao)功率(lü)器件損耗小，無(wu)需散(san)熱裝(zhuang)置。而(er)大功(gong)率器件損(sun)耗(hao)大，若不(bu)采取散熱(re)措施(shi)，則管芯的溫度(du)可達(da)到(dao)或超過(guo)允許的(de)結溫，器(qi)件将受到(dao)損壞。因此(ci)必須加散(san)熱裝置，最常用(yong)的就(jiu)是(shi)将功率(lü)器件安裝(zhuang)在散(san)熱器(qi)上(shang)，利(li)用散(san)熱器(qi)将熱(re)量散到周(zhou)圍空(kong)間，必(bi)要時(shi)再加(jia)上散(san)熱風(feng)扇，以一定(ding)的風(feng)速(su)加(jia)強冷(leng)卻散熱。在某些(xie)大型(xing)設備的功(gong)率器(qi)件上還采(cai)用流(liu)動冷(leng)水冷(leng)卻闆(pan)，它有更好(hao)的散熱效(xiao)果。 散(san)熱計算(suan)就是在(zai)一定的(de)工(gong)作條件下(xia)，通(tong)過計算(suan)來确定合(he)适的(de)散熱措(cuo)施(shi)及散(san)熱器(qi)。功率(lü)器件(jian)安裝(zhuang)在(zai)散熱器(qi)上。它的主(zhu)要熱(re)流方(fang)向是由管(guan)芯傳(chuan)到器件的底部，經(jing)散(san)熱器(qi)将熱量散到周(zhou)圍空間。若沒有(you)風扇(shan)以一(yi)定風(feng)速冷卻(que)，這(zhe)稱爲(wei)自然(ran)冷卻或自(zi)然對(dui)流(liu)散(san)熱。
熱(re)量在傳遞(di)過程(cheng)有一(yi)定(ding)熱(re)阻。由(you)器件(jian)管芯(xin)傳到(dao)器件底部(bu)的熱(re)阻爲R JC，器件(jian)底部(bu)與散(san)熱(re)器(qi)之間(jian)的熱阻爲R CS，散熱(re)器将(jiang)熱(re)量(liang)散到(dao)周圍空(kong)間(jian)的熱(re)阻爲R SA，總(zong)的熱阻(zu)R JA=R JC+R CS+R SA。若器(qi)件的最大(da)功率損耗爲PD，并(bing)已知(zhi)器(qi)件允許的結溫爲TJ、環境(jing)溫度(du)爲TA，可以按下式求出允許(xu)的總熱阻R JA。
R JA≤(TJ-TA)/PD
則計(ji)算最(zui)大允許的(de)散熱器到環境溫度的熱阻R SA爲(wei)
R SA≤({T_{J}-T_{A}}\over{P_{D}})-(R JC+R CS)
出于爲設(she)計留(liu)有餘地的考慮(lü)，一般設(she)TJ爲125℃。環境溫度(du)也要考慮(lü)較壞的(de)情(qing)況，一(yi)般設(she)TA=40℃ 60℃。R JC的(de)大小與(yu)管芯的尺(chi)寸封(feng)裝結(jie)構有關，一(yi)般可以從(cong)器件(jian)的數據(ju)資料中(zhong)找到。R CS的大(da)小與(yu)安裝(zhuang)技(ji)術及器(qi)件的(de)封裝(zhuang)有關。如果(guo)器件采用(yong)導熱油脂(zhi)或導(dao)熱墊(nian)後，再與散(san)熱器安(an)裝，其R CS典(dian)型值爲0.1 0.2℃/W;若(ruo)器件(jian)底面不絕(jue)緣，需(xu)要另(ling)外加雲母(mu)片絕(jue)緣，則其R CS可達1℃/W。PD爲(wei)實際的最(zui)大損耗功(gong)率，可(ke)根據(ju)不(bu)同器件(jian)的工作(zuo)條(tiao)件計(ji)算而(er)得。這樣，R SA可(ke)以計算出來，根(gen)據計(ji)算(suan)的R SA值可(ke)選合(he)适的(de)散熱(re)器了。
散熱器簡(jian)介
小型散熱器(qi)(或稱(cheng)散熱(re)片)由(you)鋁合(he)金闆料經(jing)沖壓工藝及表(biao)面處(chu)理(li)制成，而(er)大型(xing)散熱器由(you)鋁合金(jin)擠(ji)壓形(xing)成型(xing)材(cai)，再(zai)經機(ji)械加工及表面(mian)處理(li)制成。它們(men)有各種形(xing)狀及尺寸供不(bu)同器(qi)件安裝及(ji)不同(tong)功耗的(de)器(qi)件選(xuan)用。散熱器(qi)一般是标(biao)準(zhun)件，也可(ke)提供(gong)型材(cai)，由用(yong)戶根(gen)據(ju)要求切(qie)割成(cheng)一(yi)定(ding)長度而制(zhi)成(cheng)非(fei)标準(zhun)的散熱器(qi)。 散熱(re)器的(de)表面處理(li)有電(dian)泳(yong)塗(tu)漆或黑色(se)氧(yang)極化處(chu)理，其目的(de)是提(ti)高散(san)熱效(xiao)率及(ji)絕緣(yuan)性能(neng)。在自(zi)然冷(leng)卻下(xia)可提(ti)高10 15%，在通風(feng)冷卻下可(ke)提(ti)高(gao)3%，電泳(yong)塗漆可耐(nai)壓500 800V。
散熱器(qi)廠(chang)家對不(bu)同型号的(de)散熱器給(gei)出熱阻值(zhi)或給出有(you)關曲線，并(bing)且(qie)給(gei)出在(zai)不同(tong)散熱(re)條件下的(de)不(bu)同(tong)熱阻(zu)值。
計算實(shi)例
一(yi)功率運算(suan)放大(da)器PA02(APEX公(gong)司産(chan)品)作(zuo)低頻功(gong)放(fang)，其電(dian)路如圖1所(suo)示。器(qi)件爲(wei)8引腳TO-3金屬(shu)外殼(ke)封裝。器件工作條件(jian)如下(xia):工作電(dian)壓(ya) VS爲 18V;負載阻(zu)抗RL爲4 ，工作(zuo)頻率(lü)直流條件下可(ke)到5kHz，環(huan)境溫(wen)度設爲40℃，采用自(zi)然冷卻(que)。
查(cha)PA02器件(jian)資料可知(zhi):靜态(tai)電流IQ典型值爲(wei)27mA，最大(da)值(zhi)爲(wei)40mA;器件(jian)的R JC(從管芯到外(wai)殼)典型值(zhi)爲2.4℃/W，最(zui)大值(zhi)爲2.6℃/W。
器(qi)件的(de)功耗爲(wei)PD:
PD=PDQ+PDOUT
式(shi)中PDQ爲(wei)器件(jian)内部電路(lu)的功耗，PDOUT爲輸出(chu)功率的(de)功(gong)耗。PDQ=IQ(VS+|-VS|)，
PDOUT=V^{2}_{S}/4RL，代(dai)入上式
PD=IQ(VS+|-VS|)+V^{2}_{S}/4RL
=37mA(36V)+18V2/4 4
=21.6W
散(san)熱器(qi)簡介(jie)
小型(xing)散熱(re)器(或稱散(san)熱片(pian))由鋁(lü)合金闆料(liao)經沖壓工(gong)藝及表面(mian)處理制成(cheng)，而大型散(san)熱器(qi)由鋁合金擠壓(ya)形成型材(cai)，再經(jing)機械加(jia)工及表(biao)面處理制(zhi)成。它(ta)們有各(ge)種形狀(zhuang)及尺寸(cun)供(gong)不同(tong)器件安裝(zhuang)及不(bu)同功耗的器件(jian)選用(yong)。散(san)熱(re)器一(yi)般是(shi)标準件，也可提供型(xing)材，由(you)用戶根據(ju)要求(qiu)切割(ge)成(cheng)一定長(zhang)度而(er)制(zhi)成非标準的散熱(re)器。 散(san)熱器(qi)的表面處(chu)理有(you)電(dian)泳(yong)塗漆(qi)或黑色氧(yang)極化處理(li)，其(qi)目(mu)的是(shi)提高散熱效率(lü)及絕緣性能。在(zai)自然冷卻下可提高(gao)10 15%，在(zai)通風冷(leng)卻下可提(ti)高3%，電(dian)泳塗(tu)漆(qi)可耐壓(ya)500 800V。
散熱器廠家對(dui)不同(tong)型号的散(san)熱器給(gei)出熱阻值或給出有關(guan)曲線，并(bing)且(qie)給出(chu)在不(bu)同散熱條(tiao)件下的(de)不同熱(re)阻值(zhi)。
計算實例(li)
一功(gong)率(lü)運(yun)算放(fang)大器PA02(APEX公司(si)産品(pin))作低頻功放，其(qi)電路(lu)如(ru)圖(tu)1所示(shi)。器件(jian)爲8引腳TO-3金(jin)屬外殼(ke)封裝。器(qi)件工(gong)作(zuo)條件如(ru)下:工(gong)作電(dian)壓 VS爲(wei) 18V;負載阻(zu)抗(kang)RL爲4 ，工(gong)作頻率直流條(tiao)件下可(ke)到5kHz，環境溫度設爲(wei)40℃，采用(yong)自然(ran)冷(leng)卻。
查PA02器(qi)件資(zi)料(liao)可知:靜(jing)态電流(liu)IQ典(dian)型值爲27mA，最(zui)大(da)值(zhi)爲40mA;器(qi)件的R JC(從管(guan)芯到外殼(ke))典型(xing)值爲(wei)2.4℃/W，最大值爲(wei)2.6℃/W。
器件的功耗爲PD:
PD=PDQ+PDOUT
式中(zhong)PDQ爲器件内(nei)部電(dian)路的(de)功耗(hao)，PDOUT爲輸(shu)出功率的(de)功耗(hao)。PDQ=IQ(VS+|-VS|)，
PDOUT=V^{2}_{S}/4RL，代入(ru)上(shang)式(shi)
PD=IQ(VS+|-VS|)+V^{2}_{S}/4RL
=37mA(36V)+18V2/4 4
=21.6W
