電子電路散熱基本知識
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一、熱的傳播及溫度——熱流方程
本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/78139.htm熱的傳播有三種方式，即傳導(dǎo)、對流和輻射。傳導(dǎo)是由分子運(yùn)動引起的。位于高溫處的分子具有較高的動能，這些動能通過分子之間的碰撞從一個傳向另一個，從而向周圍傳播。采用散熱器的散熱裝置，在散熱器與空氣的接觸面上，能量是靠傳導(dǎo)方式由散熱器分子傳向空氣分子的。在對流方式中，空氣會因溫差而自行流動，或者在風(fēng)機(jī)作用下強(qiáng)迫流動，于是將熱能帶走。在輻射方式中，能量不是靠物質(zhì)運(yùn)動，而是靠包括從紫外線到紅外線的所有不同波長的電磁波來傳播的。
由此可見，熱是能量存在的一種方式，而熱的傳播是能量的流動。這種能量的流動叫熱流量，簡稱熱流。
因此，熱流的問題可以等同于電學(xué)中的電流對待，半導(dǎo)體器件散熱系統(tǒng)同樣可以按電路中的歐姆定律來處理。由熱學(xué)的基本關(guān)系可得下式：
△ T=φ·θ
上式就是溫度一熱流方程，它說明溫度的變化是由熱流和熱阻產(chǎn)生的。溫度～熱流方程是歐姆定律在熱學(xué)中的體現(xiàn)，它是處理半導(dǎo)體器件散熱問題的理論依據(jù)。
二、散熱系統(tǒng)常用術(shù)語
1．熱路
熱路即熱傳導(dǎo)通過的路徑，現(xiàn)以半導(dǎo)體器件來說明。半導(dǎo)體器件的熱量產(chǎn)生于PN結(jié)，熱量通過器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)傳到器件外殼，再散發(fā)到周圍的空氣中。由于半導(dǎo)體器件的外殼不可能制作得很大，外殼和空氣的接觸面積不夠大，所以大功率半導(dǎo)體器件都要采用散熱板擴(kuò)大其外殼和空氣的接觸面積，加快散熱過程。因此，大功率半導(dǎo)體器件的熱路為PN結(jié)一管殼一散熱板一空氣。
2．熱阻
熱阻是熱傳導(dǎo)路徑上的阻力，表示熱傳導(dǎo)過程中每散發(fā)掉1w功率的熱量，熱路兩端需要的溫度之差，其符號為RT，單位為℃／W。熱阻的串并聯(lián)關(guān)系與電路中電阻的串并聯(lián)計算方法相同。
如圖30-1所示。半導(dǎo)體功率器件的熱路中一般由三個熱阻串聯(lián)而成，它們是：
①從發(fā)熱的PN結(jié)到器件外殼的熱阻θjc。
②從管殼到散熱板的熱阻θcs。這是兩個金屬接觸面間的熱阻。由于管殼與散熱板之間需加絕緣墊片，而絕緣墊片一般傳熱性不好，所以存在一定的熱阻。
③散熱板與空氣間的熱阻θsa,它與散熱板的材質(zhì)和空氣的接觸面積有關(guān)。
3．散熱器
基于熱源(半導(dǎo)體器件)和周圍空氣之間溫差和熱阻而運(yùn)作的熱量散失器件叫做散熱器。
4．散熱器功能
因源于半導(dǎo)體器件熱量傳輸有效面積的增加，因而散失熱量也增大。
5．自然對流
自然對流是指圍繞或通過散熱器空氣的運(yùn)動系因溫差和浮力效應(yīng)而產(chǎn)生。
6．強(qiáng)制對流
強(qiáng)制對流指空氣的運(yùn)動系因力學(xué)手段而產(chǎn)生，如風(fēng)機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)。
7．散熱器特性
一般可用熱阻和散熱器容積的關(guān)系表示，即散熱器容積越大，熱阻越低，則特性越好。增加空氣經(jīng)過散熱器的流速(由自然對流改為強(qiáng)制對流)是降低熱阻的有效方法。圖30-2給出了散熱器的這種特性關(guān)系。
三、半導(dǎo)體器件的發(fā)熱和散熱
這里以半導(dǎo)體三極管為例進(jìn)行介紹。半導(dǎo)體三極管的熱量是由集電極和發(fā)射極的PN結(jié)產(chǎn)生的。由于集電結(jié)工作時加反向偏置電壓，有很高的電阻，所以會產(chǎn)生很多的熱量。實(shí)際上集電結(jié)產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于加正向偏壓的發(fā)射結(jié)，因而可以將發(fā)射結(jié)產(chǎn)生的熱量忽略。此時半導(dǎo)體三極管的耗散功率為：
PD=Ic·VCE
式中：PD——耗散功率；
Ic——集電極電流；
VCE——集電極與發(fā)射極之間的電壓。
耗散功率Pn就是半導(dǎo)體三極管需要散發(fā)的熱流。當(dāng)熱流遇到熱阻時，就會使三極管的溫度升高。
不同的半導(dǎo)體所承受的最高溫度是不同的，如鍺為
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