大功率部件的功耗.doc

大功率元件的散热 大功率晶体管是指功率大于l w的晶体管，此时，完全靠管壳及引线不能把热量迅速 散走，需要加专门的散热装置——散热器。对集成电路而言，当热流密度大于o．6w／cm2 时，也需要用散热器，本节以晶体管为讨论对象，其方法和结构适用于集成电路。 图5—22(a)是带散热器的晶体管模型。管壳往往就是晶体管的集电极，管壳安装在 散热器上，为了使管壳与散热器电绝缘，以及提高晶体管与散热器的接触质量，常常在管 壳与散热器之间垫一层对电绝缘，但导热性能好的电绝缘片。图5—22(b)是散热途径方 框图，图中丁s为环境温度。晶体管的耗散功率Pc使集电结产生结温76，集电结的热量 向管完传递，受到阻力为入，称为内热阻，管壳的温度为7c，管壳分两路将热流散到环 境尸路是直接向周围的环境传热，热阻为只I，称为外热阻，该热阻通常很大，因管壳的 面积小， HYPERLINK http://www.ebv.hk/atmel 亿宾微电子其向环境的辐射和对流传热很困难；另一路是管壳的底部通过绝缘片传到散热 器，散热器再向周围的环境传热。散热器的温度为7f，从管壳到散热器之间的热阻即为 只2b，它由绝缘片的传导热阻和绝缘片上下两面的两个接触热阻组成。 自散热器向环境的传热热阻为R4，是散热器本身具有的热阻。因散热器的选材 和形状、面积、表面状态上都做了合理的设计，所以散热热阻较小，往往六远小于 只TP，即通过：管壳一垫片一散热器‘环境。这一路的散热比“管壳*环境”这一路的散 热效率要高很多。这里的关键是要选择合适的散热器。图5—23为目前计算机中常用 的散热器。 2．7 其他形式的散热方式 1．强迫空气冷却 (1)单个电子元器件的强迫空气冷却 在整机及机柜中只有单个元件需要冷却时，例如雷达发射机中的大功率磁控管、行波 管、调制管、阻尼二极管等需要集中风冷。为了提高冷却效率，可设计一个专用风道，把发 热器件装入风道内冷却。 (2)整机抽风冷却 抽风冷却主要适用于热量比较分散的整机或机箱。热量经专门的风道或直接排到产 品周围的大气中。 HYPERLINK http://www.ebv.hk ATMEL代理商抽风的特点是风量大、风压小，各部分风量比较均匀。因此，整机的抽 风冷却常用在机柜中各单元热量分布比较均匀，各元件所需冷却表面的风阻较小的情况。 2．电子产品的液体冷却 由于液体的导热系数及比热均比空气大，因而可以大大减小各有关换热环节的热阻， 提高冷却效率。因此，液体冷却是一种比较好的冷却方法。其缺点是系统比较复杂，体积 和重量比较大，产品费用高，维修也比较困难。 (1)直接液体冷却 所谓直接液体冷却，就是将冷却液体与发热的电子元器件直接接触进行热交换。热源将热量传给冷却液体，再由冷却液体将热量 传递出去。在这种情况下，冷却液体的对流和 蒸发是热源散热的主要方式。图5—24为国产 某型号的水冷系统。 ①无搅动的直接液体冷却 电子元器件装在一个密封的机壳里，里面 充满冷却液体。这种装置的传热途径是：发热 元器件的热量通过液体的自然对流及导热传 给液体，液体将吸收到的热量传给机壳，最后 由机壳将热量散发到周围空气中去。它与风冷相比较，主要是降低了从元器件到周围介质的对流热阻，大约可降低一个数量级。 设计这种产品时要注意下面问题： ．所选用的冷却液，其电气性能应能满足机内元器件之间的电气绝缘要求，其教度 尽量低，以利于液体的自然对流； ．机壳要解决密封问题，灌注冷却液体后，机壳内部耍留有 受热膨胀的要求； ．机壳要有足够的强度； ．元器件的配置要有利于液体的自然对流； ·定的间隙，以适应液体 ．产品的维修要方便，对一次性使用的产品，可不考虑这个问题。 ②有搅动的液体冷却产品 加搅动的目的是为了加强冷却液体的对流换热，对强度大的液体更为适用。采用这 种冷却方法时，必须考虑下列附加因素：电机的尺寸、转速、搅动杆的叶片数以及杆和叶片 材料与液体的化学相容性等。同时要注意机壳的密封性并保证其强度，还要留有一定的 热膨胀空间。 ③直接强迫液体冷却 直接强迫液体冷却系统包括低压泵、管路、热交换器和膨胀箱等。低压泵式冷却液在 系统中循环；膨胀箱可作为液体受热膨胀的补偿及防止系统被蒸汽堵塞之用；热交换器将 受热的液体冷却后由泵送回到储浓箱内。这种系统应注意元器件的排列，以达到最佳冷 却效果。若泵压力较高，则应防止高压液流直接冲向脆弱的电子元器件。 (2)间接液体冷却 HYPERLINK http://www.ebv.hk/atmel Atmel 间接液体冷却主要利用的是导热模块。具有高组装密度的多芯片模块(MCM)的热 量，用一