單管風冷散熱器的選配

功率半導體元件在工作時，自身必然要產生熱損耗。但若發熱量太大，且又來不及向週圍媒質消散，元件就會因超過其正常工作的保証溫度而失效。因此，選配合適的散熱器，是元件可靠工作的重要條件之一。

1. 單管風冷散熱器概念

(1) 元件工作結溫Tj：即元件允許的最高工作溫度極限。本參數由製造廠提供，或產品標準強制給出要求。

(2) 元件的損耗功率P：元件在工作時自身產生的平均穩態功率消耗，定義為平均有效值輸出電流與平均有效值電壓降的乘積。

(3) 耗散功率Q：特定散熱結構的散熱能力。

(4) 熱阻R：熱量在媒質之間傳遞時，單位功耗所產生的溫升。

R = ΔT / Q

2. 單管風冷散熱器的選配

設環境溫度為Ta。散熱器的配置目的，是必須保証它能將元件的熱損耗有效地傳導至週圍環境，並使其熱源＿即結點的溫度不超過Tj。用公式表示為P < Q = ( Tj - Ta ) / R ①

(當然，熱量的消散除對流傳導外，還可輻射。在後面討論)

而熱阻又主要由三部分組成：

R = Rjc + Rcs + Rsa ②

Rjc：結點至管殼的熱阻；

Rcs：管殼至散熱器的熱阻；

Rsa：散熱器至空氣的熱阻。

其中，Rjc與元件的工藝水平和結構有很大關係，由製造商給出。

Rcs與管殼和散熱器之間的填隙介質（通常為空氣）、接觸面的粗糙度、平面度以及安裝的壓力等密切相關。介質的導熱性能越好，或者接觸越緊密，則Rcs越小。

(參考值：我廠凸台元件的風冷安裝，一般可考慮Rcs≈0.1Rjc)

Rsa是散熱器選擇的重要參數。它與材質、材料的形狀和表面積、體積、以及空氣流速等參量有關。

綜合①和②，可得Rsa <〔( Tj - Ta ) / P〕- Rjc - Rcs ③

上式③即散熱器選配的基本原則。

一般散熱器廠商應提供特定散熱器材料的形狀參數和熱阻特性曲線，據此設計人員可計算出所需散熱器的表面積、長度、重量，並進一步求得散熱器的熱阻值Rsa。

3. 單管風冷散熱器注意事項

上面的理論分析是一個普適原則，在實際設計中應留出足夠余量。因為提供數據的準確性、由元件到散熱器的安裝狀況、散熱器表面的空氣對流狀態、熱量的非穩態分布等，都是非理想化的因素，應預考慮。

另外，散熱器表面向空氣的熱輻射，也是一種熱耗散方式。在自冷設計中廣氾應用的陽極氧化發黑和打毛處理工藝，即是增加熱輻射的有效辦法。但該辦法明顯不適用要求強迫風冷的以對流傳導為主要方式的設計，因為散熱器表面越光亮則熱阻越低，這是要特別提示設計人員的。

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