半导体的结温,对元件的可靠性影响极大。相对于25℃的结温,达到100℃时的故障率将增大160倍,图1示出了温度与故障率的关系。因此,对电子设备的设计,需要为降低每1℃温度下功夫。
设计高可靠性的电源,首先是减少损耗,然后是将转变出的热量快速地释放到大气中。为了求出因能量而上升的温度,引出了热阻的概念,即θ(℃/W);给物体加上1W的能量所上升的温度(温升)。
图2是给发热体加上电能后的热回路图,与电路的欧姆定律相似。如将环境温度看作零温度(与零电位相似)的话,则加上电能P后,发热体的温升:
T(℃)=Pθ。
如果指望将辐射作为主要的散热方式,则需要散热器有足够大的包络体积(长×宽×高),此时可用图4a求出热阻;若用铝板或铁板作平板散热器,则按图4b计算热阻。
如果指望将对流(自然冷却)作为主要的散热方式,则要将散热器的槽按纵向安装(如图5a,图5b、图5c方式热阻大)。
图6是实际散热器的一例,型号为17FB50(日本型号),当按槽的纵方向安装时其热阻为4.9℃/W;若按图4a的包络体积算的话,其热阻为8℃/W(见表1),相差的3.1℃/W需要靠对流来散热。根据经验,自然冷却时散热器槽的间隔以6~12mm为宜,宽比窄热阻小。散热器表面作黑色或氧化处理可降低热阻。
具体的散热设计如图7所示。输入电压12V,输出5V、0.5A,损耗PD=(Vin—Vout)Iout=(12—5)x0.5=3.5W;设最大结温TJ=100℃、环境温度TA=60℃,则TJ=PD(θJC+θCH+θHA)+TA,可求出θHA/=[(100-60)/3.5]-5-0.5=5.9℃/W。可选用前文述及的17FB50(4.9℃/W)散热器。
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