分立器件所用散熱器的選配原則

2007年08月21日 23:32:11人氣：2767來(lái)源：北京瑞達(dá)利電子科技有限公司

功率半導(dǎo)體元件在工作時(shí)，自身必然要產(chǎn)生熱損耗。選配合適的散熱器，是元件可靠工作的重要條件之一。

一、概念：
	1.元件額定工作結(jié)溫Tjm ：即元件允許的zui高工作溫度極限。本參數(shù)由制造廠提供，或產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制給出要求。
	2.元件的損耗功率P ：元件在工作時(shí)自身產(chǎn)生的平均穩(wěn)態(tài)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(jié)構(gòu)的散熱能力。
	4.熱阻R：熱量在媒質(zhì)之間傳遞時(shí)單位功耗所產(chǎn)生的溫升除以耗散功率，即 R=△T/Q。

二、散熱器的選配：
	設(shè)環(huán)境溫度為 Ta，散熱器配置的目的，是保證它能將元件的熱損耗有效地傳導(dǎo)至周圍環(huán)境，并使其熱源(即結(jié)點(diǎn))的溫度不超過(guò) Tjm 。用公式表示為 P<Q= ( Tjm-Ta) /R ..... ①
而熱阻又主要由三部分組成： R=Rjc+Rcs+Rsa ……. ② 其中：
Rjc --結(jié)點(diǎn)至管殼的熱阻，與元件的工藝水平和結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系，由制造廠給出；
Rcs --管殼至散熱器的熱阻，與管殼和散熱器之間的填隙介質(zhì)（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(guān)。介質(zhì)的導(dǎo)熱性能越好或者接觸越緊密，則 Rcs
	越小。瑞田達(dá)公司的散熱器安裝，一般 Rcs ≈ （ 0.1~0.2 ） Rjc；
Rsa --散熱器至空氣的熱阻，它是散熱器選擇的重要參數(shù)，與材質(zhì)、材料的形狀和表面積、體積以及散熱介質(zhì)（如水、空氣）流速等參數(shù)有關(guān)。
	綜合①和②，可得 Rsa<[ (Tjm-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(yīng)提供特定散熱器材料的形狀參數(shù)和熱阻特性曲線，據(jù)此設(shè)計(jì)人員可
計(jì)算出所需散熱器的表面積、長(zhǎng)度、重量，并進(jìn)一步求得散熱器的熱阻值 Rsa 。
	選用標(biāo)準(zhǔn)散熱器時(shí)，可根據(jù) ③式計(jì)算出的值選取合適的散熱器。螺栓型器件的散熱器見(jiàn)特性參數(shù)表中推薦的散熱器。平板型元件，必須選擇 SS水冷系列和SF風(fēng)冷系列散熱器，
它們的 Rsa 值見(jiàn)下兩表：

SS 水冷系列	散熱器型號(hào)	SS11	SS12	SS13	SS14	SS15
SS 水冷系列	Rsa ( ℃ /W )	0.026	0.018	0.015	0.013	0.010

SF 風(fēng)冷系列	散熱器型號(hào)	SF11	SF12	SF13	SF14	SF15	SF16	SF17	SF17A
SF 風(fēng)冷系列	Rsa ( ℃ /W )	0.12	0.09	0.07	0.056	0.048	0.037	0.030	0.025

三、注意事項(xiàng)：

上面的理論分析是一個(gè)普遍原則，在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)留出足夠余量。另外，散熱器表面向空氣的熱輻射，也是一種熱耗散方式。在風(fēng)冷散熱器自冷設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用的陽(yáng)極氧化發(fā)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于要求強(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí)以對(duì)流傳導(dǎo)為主要方式的設(shè)計(jì)，因?yàn)樯崞鞅砻嬖焦饬羷t熱阻越低，這是要特別提示設(shè)計(jì)人員

的。

四、元件在散熱器中的裝配：

在元件與散熱器的組裝時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

1.散熱器的臺(tái)面必須與元件臺(tái)面尺寸相匹配，防止壓偏、壓歪，而損壞器件。

2.散熱器臺(tái)面必須有較高的平整、光潔度。建議散熱器臺(tái)面粗糙度小于或等于1.6μ m，平整度小于或等于30μ m。安裝時(shí)元件臺(tái)面與散熱器臺(tái)面應(yīng)保持清潔干凈、無(wú)油污等臟物。

3.安裝時(shí)要保持元件臺(tái)面與散熱器的臺(tái)面*平行、同心。安裝過(guò)程中，要求通過(guò)元件中心線施加壓力，以使壓力均勻分布在整個(gè)接觸區(qū)域。用戶手工安裝時(shí)，建議使用扭矩扳

手，對(duì)所有緊固螺母交替均勻用力，壓力的大小要達(dá)到數(shù)據(jù)表中要求。

4.在重復(fù)使用水冷散熱器時(shí)，應(yīng)特別注意檢查其臺(tái)面是否光潔、平整，水腔內(nèi)是否有水垢和堵塞，尤其注意臺(tái)面是否出現(xiàn)下陷情況，若出現(xiàn)了上述情況應(yīng)予以更換。在使用中需

注意，風(fēng)冷方式加裝散熱器后，一般要求風(fēng)速不低于 6m/s ；水冷方式要求水冷散熱器水流量不小于4×10³ ml/min ，進(jìn)水溫度 5 ℃-35 ℃，水質(zhì)清潔。

北京瑞田達(dá)公司電力電子廠可提供 SS水冷系列和SF風(fēng)冷系列以及各類非標(biāo)及組件散熱器，為元件配套使用。根據(jù)元件通態(tài)額定平均電流推薦配置的標(biāo)準(zhǔn)型散熱器型號(hào)見(jiàn)下表

元件通態(tài)額定平均電流	推薦散熱器型號(hào)
元件通態(tài)額定平均電流	水冷	風(fēng)冷
200A	SS11	SF12
300A	SS12	SF12、SF13
500A、600A	SS12	SF15
800A、1000A	SS13	SF16
1200A-2000A	SS14	SF17
2500A	SS15	SF17A
3000A以上	SS15	--

其中， SF系列風(fēng)冷散熱器是指在強(qiáng)迫風(fēng)冷（風(fēng)速≥ 6m/s ）條件下的推薦配置，用戶在使用適應(yīng)根據(jù)實(shí)際散熱條件并考慮可靠性要求進(jìn)行選擇。對(duì)于 1000A以上元件一般不推薦使

用風(fēng)冷散熱器，若使用風(fēng)冷，則元件額定電流需降額使用。瑞田達(dá)公司除提供標(biāo)準(zhǔn)散熱器配套外，還提供 風(fēng)冷反并聯(lián)組件 、 水冷反并聯(lián)組件 、 水冷雙孔銅排

(壓裝多個(gè)晶閘管)，見(jiàn)以下圖例或照片：


風(fēng)冷反并聯(lián)組件	水冷反并聯(lián)組件（DSS3、DSS5、DSS6、DSS8），適合焊機(jī)使用

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