一、7805(TO-220封裝)為例設計散熱器
設 I=350mA,Vin=12V,則耗散功率 Pd=(12V-5V)*0.35A=2.45W。按照 TO-220封裝的熱阻 θJA=54℃/W,溫升是 132℃,設室溫 25℃,那么將會達到 7805 的熱保護點 150℃,7805 會斷開輸出。
二、正確設計方法
首先確定最高的環境溫度,比如 60℃,查出民品 7805 的最高結溫Tj(max)=125℃,那么允許的溫升是 65℃。要求的熱阻是 65℃/2.45W=26℃/W。
再查 7805 的熱阻,TO-220 封裝的熱阻 θJA=54℃/W,TO-3 封裝(也就是大家說的“鐵殼”)的熱阻 θJA=39℃/W,均高于要求值,都不能使用(雖然達不到熱保護點,但是超指標使用還是不對的),所以不論那種封裝都必須加散熱片。資料里講到加散熱片的時候,應該加上 4℃/W 的殼到散熱片的熱阻。
計算散熱片應該具有的熱阻也很簡單,與電阻的并聯一樣,即 54//x=26,x=50℃/W。其實這個值非常大,只要是個散熱片即可滿足。
三、散熱片尺寸設計
散熱片計算很麻煩的,而且是半經驗性的,或說是人家的實測結果。
基本的計算方法是:
1.最大總熱阻 θja = ( 器件芯的最高允許溫度 TJ - 最高環境溫度TA ) / 最大耗散功率
其中,對硅半導體,TJ 可高到 125℃,但一般不應取那么高,溫度太高會降低可靠性和壽命。
最高環境溫度 TA 是使用中機箱內的溫度,比氣溫會高。
最大耗散功率見器件手冊。
2.總熱阻 θja=芯到殼的熱阻 θjc +殼到散熱片的 θcs + 散熱片到環境的 θsa其中,θjc 在大功率器件的 DateSheet 中都有,例如 3---5θcs 對 TO220 封裝,用 2 左右,對 TO3 封裝,用 3 左右,加導熱硅脂后,該值會小一點,加云母絕緣后,該值會大一點。
散熱片到環境的熱阻 θsa 跟散熱片的材料、表面積、厚度都有關系,作為參考,給出一組數據例子。
a.對于厚 2mm 的鋁板,表面積(平方厘米)和熱阻(℃/W)的對應關系是:
中間的數據可以估計了。
b.對于 TO220,不加散熱片時,熱阻 θsa 約 60--70 ℃/W。可以看出,當表面積夠大到一定程度后,一味的增大表面積,作用已經不大了。據稱,厚度從 2 mm 加到 4 mm 后,熱阻只降到 0.9 倍,而不是 0.5 倍。可見一味的加厚作用不大。表面黑化,θsa 會小一點,注意,表面積是指的鋁板二面的面積之和,但緊貼電路板的面積不應該計入。對于型材做的散熱片,按表面積算出的 θsa 應該打點折扣……
小結
說到底,散熱片的計算沒有很嚴格的方法,也不必要嚴格計算。實際中,是按理論做個估算,然后滿功率試試看,試驗時間足夠長后,根據器件表面溫度,再對散熱片做必要的更改。
國產散熱器廠家其實就是把鋁型材做出來,然后把表面弄黑。熱阻這種最基本的參數他們恐怕從來就沒有聽說過。 如果只考慮散熱功率芯片的輸入輸出電壓差 X 電流是芯片的功耗,這就是散熱片的散熱功率。
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