功率器件热设计
格雷创科技 / 2013-09-02
功率器件热设计主要是防止器件出现过热或温度交变引起的热失效,可分为器件内部芯片的热设计、封装的热设计和管壳的热设计以及功率器件实际使用中的热设计。
对于一般的功率器件,只需要考虑器件内部、封装和管壳的热设计,而当功耗较大时,则需要安装合适的散热器,通过其有效散热,保证器件结温在安全结温之内正常可靠的工作。
散热计算
最常用的散热方法是将功率器件安装在散热器上,利用散热器将热量散到周围空间,必要时再加上散热风扇,以一定的风速加强散热。在某些大型设备的功率器件上还采用流动冷水冷却板,它有更好的散热效果。散热计算就是在一定的工作条件下,通过计算来确定合适的散热措施及散热器。
热量在传递过程中有一定热阻。由器件管芯传到器件底部的热阻为Rjc,器件底部与散热器之间的热阻为Rcs,散热器将热量散到周围空间的热阻为Rsa,总的热阻Rja=Rjc+Rcs+Rsa。若器件的最大功率损耗为Pd,并已知器件允许的结温为Tj、环境温度为Ta,可以按下式求出允许的总热阻Rja。
Rja ≤(Tj-Ta)/Pd
则计算最大允许的散热器到环境温度的热阻Rsa为:
Rsa ≤(Tj-Ta)/Pd-(Rjc+Rcs)
为设计考虑,一般设Tj为125℃。在较坏的环境温度情况下,一般设Ta=40℃~60℃。Rjc的大小与管芯的尺寸和封装结构有关,一般可以从器件的数据资料中找到。Rcs的大小与安装技术及器件的封装有关。如果器件采用导热油脂或导热垫后,再与散热器安装,其Rcs典型值为0.1℃/W~0.2℃/W;若器件底面不绝缘,需要另外加云母片绝缘,则其Rcs可达1℃/W。Pd为实际的最大损耗功率,可根据不同器件的工作条件计算而得。这样,Rsa可以计算出来,根据计算的Rsa值可选合适的散热器了。