木犯001号 发表于 2016-12-20 11:45

电源功率器件--散热器到底怎么计算?

散热器到底怎么计算?


一、7805(TO-220封装)为例设计散热器
      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。
二、正确设计方法
      首先确定最高的环境温度,比如 60℃,查出民品 7805 的最高结温Tj(max)=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,TO-3 封装(也就是大家说的“铁壳”)的热阻 θJA=39℃/W,均高于要求值,都不能使用(虽然达不到热保护点,但是超指标使用还是不对的),所以不论那种封装都必须加散热片。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。
三、散热片尺寸设计
      散热片计算很麻烦的,而且是半经验性的,或说是人家的实测结果。
      基本的计算方法是:
      1.最大总热阻 θja = ( 器件芯的最高允许温度 TJ - 最高环境温度TA ) / 最大耗散功率
      其中,对硅半导体,TJ 可高到 125℃,但一般不应取那么高,温度太高会降低可靠性和寿命。
      最高环境温度 TA 是使用中机箱内的温度,比气温会高。
      最大耗散功率见器件手册。
      2.总热阻 θja=芯到壳的热阻 θjc +壳到散热片的 θcs + 散热片到环境的 θsa其中,θjc 在大功率器件的 DateSheet 中都有,例如 3---5θcs 对 TO220 封装,用 2 左右,对 TO3 封装,用 3 左右,加导热硅脂后,该值会小一点,加云母绝缘后,该值会大一点。
      散热片到环境的热阻 θsa 跟散热片的材料、表面积、厚度都有关系,作为参考,给出一组数据例子。
      a.对于厚 2mm 的铝板,表面积(平方厘米)和热阻(℃/W)的对应关系是:
      
      中间的数据可以估计了。
      b.对于 TO220,不加散热片时,热阻 θsa 约 60--70 ℃/W。可以看出,当表面积够大到一定程度后,一味的增大表面积,作用已经不大了。据称,厚度从 2 mm 加到 4 mm 后,热阻只降到 0.9 倍,而不是 0.5 倍。可见一味的加厚作用不大。表面黑化,θsa 会小一点,注意,表面积是指的铝板二面的面积之和,但紧贴电路板的面积不应该计入。对于型材做的散热片,按表面积算出的 θsa 应该打点折扣……
小结
      说到底,散热片的计算没有很严格的方法,也不必要严格计算。实际中,是按理论做个估算,然后满功率试试看,试验时间足够长后,根据器件表面温度,再对散热片做必要的更改。
      国产散热器厂家其实就是把铝型材做出来,然后把表面弄黑。热阻这种最基本的参数他们恐怕从来就没有听说过。 如果只考虑散热功率芯片的输入输出电压差 X 电流是芯片的功耗,这就是散热片的散热功率。





zxcvbnm751120 发表于 2024-10-15 11:33

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