电力电子技术第九章器件的温升与散热介绍.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 下 页 上 页 返 回 第九章 器件的温升与散热 强迫散热方式下，铝散热片的翼片之间的距离只要几毫米就可以了，这样可节省很多的空间。 在大功率的装置中，还经常使用水或者油来提高热传导效率。 设计时，须考虑最高结温Tj.max，最高环境温度Ta.max，最高工作电压以及最大工作电流。 功率器件的开关损耗可根据它的瞬态时间以及开关时间的能量损耗来估算。能量损耗Ploss是通态损耗和平均开关损耗的总和。 下 页 上 页 返 回 第九章 器件的温升与散热 外围的总热阻Rqja为： 根据式 得热导体到 从结到外壳的热阻Rqjc一般可从功率半导体器件的说明书中查到； 外壳到散热片的热阻Rqcs则根据隔离层热介质的不同而不同。 下 页 上 页 返 回 第九章 器件的温升与散热 使用热油可排除云母和晶体交界处的空气，有利于热的传导。 如果散热化合物使用得过多，那么这一层将会变得很厚，它的热阻反而会增加。 计算从散热片到外围的热阻Rqsa。再根据散热片厂家给出的说明书，选择合适的散热片。 若已知Rqjc和Rqcs，根据下两式 下 页 上 页 返 回 第九章 器件的温升与散热 对于结温是125℃的晶体管TO-3来说，假设它的散热功率是26W，晶体管厂家给出的热阻值Rqjc是0.9℃/W，并且使用了带散热油脂的75μm厚的云母隔离层，隔离层的总热阻是0.4℃/W，环境温度最高假设为55℃，求散热片和周围环境之间的热阻需要多大。 解 例 可选用热阻为1.3℃/W的散热片，这种散热片能让结温保持在122.6℃，比125℃低一点。 下 页 上 页 返 回 第九章 器件的温升与散热 9.4 热量的辐射和对流 9.4.1 根据热量辐射定义的热阻 波尔茨曼定律热量辐射转移功率表达式为： Prad：辐射功率，单位瓦特； E： 物体表面辐射系数； Ts： 物体表面温度； Ta ：周围环境温度，单位均为开； A： 散热片表面积（包括翼片的面积），单位m2 。 下 页 上 页 返 回 第九章 器件的温升与散热 黑色氧化铝散热片，式可写成： 根据上式和 可以得出： 下 页 上 页 返 回 第九章 器件的温升与散热 如果Ts=120℃=393K，Ta=20℃=73K 那么Rq,rad可以通过下式求出： 对于边长为10厘米的正方体黑色氧化铝，假设Ts=120℃，Ta=20℃时，求Rq,rad。 解 例 下 页 上 页 返 回 第九章 器件的温升与散热 9.4.2 热的对流及其热阻 如果有一个垂直的表面，它的垂直高度dvert低于1米（海拔高度），那么它和周围空气热量对流的功率表达式如下： Pconv:热量对流损失的功率，单位瓦特； △T :物体表面和周围空气的温差，单位摄氏度或K； A:垂直表面积（或物体总表面积），单位平方米；dvert:物体垂直高度，单位米。 下 页 上 页 返 回 第九章 器件的温升与散热 结合 和 可得到按对流定义的热阻表达式： 假如dvert=10cm， △T=100℃， 则： 下 页 上 页 返 回 第九章 器件的温升与散热 有一个很薄的长条状物体，它的表面温度是120℃，而周围空气温度是20℃，该物体由10cm高，8cm宽，求它的对流热阻Rq,conv。 解 假如例4中的立方体的对流热阻与例5中的长条状物体一样,那么由辐射热阻和对流热阻可以得到总的热阻为： 例 下 页 上 页 返 回 第九章 器件的温升与散热 9.4.3 散热片和周围环境之间的热量计算 假设Ts=120℃，Ta=20℃。现根据上面讨论过的原理来计算散热片和周围环境之间的热阻Rqsa。 A1 A2 0.063m 0.092m 0.009m 0.075m 0.063m 0.115m 0.075m 下 页 上 页 返 回 第九章 器件的温升与散热 为了估算总热阻的辐射成分,采用公式Rq.rad=0.12/A计算Arad , 由此可得： 散热片的翼片之间的距离约9mm,可修改式 可得： 下 页 上 页 返 回 第九章 器件的温升与散热 Fred 1.0 0 0.6 0.5 0.2 0.4 0.1 0.3 0.9 0.8 0.7 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 散热片翼片之间的距离 mm Fred是散热片翼片之间的冷却系数，可从图中查到它的值，散热片对流面积可以近似的求得： 下 页 上 页 返 回 第九