功率器件散热器选择与安装.pdfVIP

功率器件散热器选择与安装

功率半导体器件如IGBT等工作时，会产生较多的功耗，为了防止功率器件温升过高，结合

功率器件热阻性能，通常需要配置适当的散热器。选择功率器件散热器的原则是，在保证器

件及电力电子设备能正常可靠运行的前提下，尽量选择体积小重量轻、经济实用的散热器。

一散热器的选择

通常功率半导体器件的Tjm、Rθj-c、Pc和最高工作环境温度是已知的。电路设计者的任务

就是根据《功率半导体器件的热阻介绍》一文所介绍的方法计算出所需的散热器到环境的热

阻Rθs-a，查产品目录或手册中给出的散热器到环境热阻阻值的曲线或表格，选出所需要的

散热器。

《IGBT功率器件散热器详解》一文图2、图3分别为型材散热器和叉指型散热器的允许最

大温升△Tsa、允许最高热阻Rθs-a和Pc关系的特性曲线图。此特性曲线图中给出的散热器

允许最大温升△Tsa和允许最高热阻Rθs-a的两组曲线，实质上是一回事。它们之间的关系

可由下式得出：

由此式可见，当散热器的最大允许热阻Rθs-a一定时，最大允许温升△Tsa也一定．故选择

所需的散热器型号时，除可根据最大允许热阻Rθs-a选择外，也可以根据散热器最大允许

温升△Tsa来选。当然，选择散热器，除可用曲线的方法进行选用外，还可以用查表的方法

选用。

《IGBT功率器件散热器详解》一文表2、表3是国产型材散热器和叉指型散热器的型号及

其对应的热阻Rθs-a之值。

例某斩波器中功率晶体管3DD262F，其P＝75W(测试条件Tc＝75℃)，外型为F2型。

CM

使用时晶体管外壳和散热器之间涂有硅油，并直接接触，Ta＝40℃，晶体管实际功耗Pc＝

50W。要求给功率晶体管选配合适的散热器。

解：根据Pc＝50W、Ta＝40℃、管壳外型为F2型、管壳和散热器直接接触，且涂有硅油，

可查表得到接触热阻Rθc-s＝0.24℃／W。同时根据P的测试条件求得：

CM

根据计算出的热阻查表，选出耗散功率为50W，长为120mm的XC768-1型型材散热器，

其Rθs-a＝1.1℃／W＜1.13℃／W，能满足设计要求。

例一开关电源中的功率晶体管，其工作电流20A、电压100V，电感负载，开关频率10KHz，

脉宽比δ为0.5，Rθj-c＝0.5℃／W，通态管压降为1V，开和关的时间分别为1uS和2uS，

环境温度25℃时，管的结温不超过155℃，管外型为F2，直接安装在无硅油的散热器上。

要求选配合适的散热器。

解：开和关的瞬时功耗为：

通态功耗为：

忽略驱动和关态损耗，总损耗为：

查表得Rθc-s=0.33℃／W，可得：

由Rθs-a、Pc查表，选取XC765-2型型材散热器，长度为60mm，耗散功率为50W，其

Rθs-a＝2.3℃／W＜2.42℃／W，可满足要求。

如果手头一时无型材散热器，可采用铝平板作为散热器，根据Rθs-a＝2.42℃／W，查图选

用厚5mm、面积为300cm2的铝平板作散热器，垂直放置也能满足要求。

功率半导体器件的可靠性与结温成指数关系。一般而言，结温降额40~50℃，管的可靠性

可提高一个数量级。

特别是功率器件工作于间歇状态时，结温重复突变，引起器件热疲劳，大大缩短使用寿命。

因此，为了提高器件的可靠性，在设计功率器件散热时，可根据实际条件和要求，对器件的

结温进行充分的降领。

二散热器的安装

功率半导体器件的正常运行，在很大程度上还取决于器件与散热器之间的安装质量。散热器

安装台面，必须与器件很好接触，形成良好的导电面和导热面。由于功率半导体器件容量不

同，使用条件不同，外形结构及品种不同，所以与散热器之间的安装形式也并不相同。但是

管壳与散热器之间的温差和接触热阻Rθc-s必须控制在工厂规定的数值以下。

为了充分发挥散热器的散热能力，使功