任何设备在工作时都有一定的损耗。大部分损失变成了热量。小功率器件损耗小,不需要散热器件。然而,大功率器件的损耗很大。如果不采取散热措施,管芯的温度会达到或超过允许的结温,会损坏器件。因此,需要增加一个散热装置,一般用于在散热器上安装动力装置,利用散热器向周围空间散热,必要时增加一个冷却风扇,以一定风速加强散热。在一些大型设备中,还采用了流动冷水冷却板,具有较好的散热效果。散热计算是在一定的工作条件下,通过计算确定合适的散热措施和散热器。动力装置安装在散热器上。其主要热流方向由管芯向装置底部传递,热量通过散热器向周围空间散发。如果没有风扇以一定速度冷却,则称为自然冷却或自然对流冷却。
传热过程中存在一定的热阻。从器件核心到器件底部的热阻为RJC,器件底部和散热器之间的热阻为RCS。散热器对周围空间的热阻为RSA,总热阻为RJA=";R";JC+RCS+RSA。如果器件的最大功率损耗为PD,且已知器件的结温为TJ,环境温度为Ta,则允许的总热阻RJA可按以下公式计算。
若RJA≤(tj-ta)/pd
计算散热器对环境温度的最大允许热阻,则RSA为
RSA≤({t{J}-t{A}超过{P{D})-(RJC+RCS)
为了给设计留出空间,tj一般设为125C,一般应设ta=40c60c。RJC的尺寸与管芯的尺寸封装结构有关,可以在器件的数据中找到。RCS的大小与安装工艺和器件封装有关。如果设备在使用导热脂或导热垫后安装散热器,典型的RCS值为0.10.2c/w;如果设备底部没有绝缘,需要云母片绝缘,RCS可以达到1C/w,PD为实际最大损耗功率,可根据不同设备的工作条件进行计算。这样就可以计算RSA,并根据计算出的RSA值选择合适的散热器。
通过对大功率RSA的计算,选择了合适的散热器。计算过程中考虑了环境、温度等外界条件对实验数据的影响。
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