发热器件选择使用及其结构工艺安排

发热器件选择使用及其结构工艺安排电子产品的质量主要包括技术性能(电气，工艺，结构) ，可靠性(寿命，故障率，利用率) ，经济性(生产，使用，维修费用) 三个方面。

因此可靠性指标是衡量电子产品的重要标志之一。

在国内市场和国际市场竞争中，可靠性是能否取胜的决定因素。

如果产品可靠性差，即使其性能再好、功能再多、也无法充分发挥作用。

为了使产品有较高的质量并兼顾尽可能低的生产费用，必须预先进行新产品的可靠性预测。

电子产品中的发热器件在工作环境中如果参数选择不合适在运行中很容易失效，它将直接影响到整机可靠性，因此设计中对发热器件选择使用，结构工艺安排是很重要。

下面主要针对CRT彩色电视机中的发热器件讲六个问题：1 热设计的有关概念2 CRT彩色电视机中主要发热元器件3 发热元器件的选择使用方法4 常用散热方法5 散热器的种类及使用：6 LCD散热方案探讨一、热设计的有关概念电子设备的可靠性，在很大程度上取决于元器件在运行工作环境中的失效率，该失效率又与元器件承受的电应力（包括电压；电流；或功率负荷大小）和热应力（包括环境温度和实际温升）密切相关。

高温对大多数电子元件都将产生严重的影响，导致电子元器件的失效，进而引起整个系统的失效。

减少电应力（降额）会使热应力得到相应的降低，可以提高其可靠性；采用冷却方法同样也可以把电子元件的温度控制在规定的数值以下。

二、CRT彩色电视机中主要发热元器件1、主要发热元件：电源；伴音；行场扫描等电路中大功率电阻；大容量滤波电容；行宽线圈等。

2、主要发热器件：行输出开关管；电源开关管；场输出IC块(场输出对管) ；整流桥堆；伴音功放IC；视频功放IC等3、主要发热整件：电源开关变压器：行输出变压器；DY（偏转线圈）等三、发热元器件的选择使用方法（降额使用）：有的电容器的负荷减小30%其环境温度降低一半，则失效率降低三个数量级，元器件降额使用是提高整机可靠性的有效途径。

但元器件电负荷降低过多又增加体积重量和成本。

所以不同元器件应采用不同降额系数。

一般取降额系数（又称降额因子）S=0.5。

对于电阻器件是降低其工作功率与额定功率之比(S≤0.5) ；电容器是使外加电压低于额定电压(≤0.6) ；晶体管和集成电路IC则是控制电压、电流、和功率不超过额定值的0.5-0.6；一般变压器是控制温升不超过40度-50度。

常用元器件的推荐降额范围见表一：常用元器件降额范围(表一)T ℃为工作环境温度； P S 为功耗降额系数； V S 为电压降额系数； I S 为电流降额系数2SC2027硅大功率高反压晶体管集电极最大功耗曲线2SC1162WT硅小功率晶体管集电极最大功耗曲线举例：如计算出某晶体管(NPN)功率需要20W （注；工作环境温度50℃、降额系数取0.5）。

如计算出某晶体管(NPN)功率需要0.3W （注；工作环境温度45℃、降额系数取0.5）。

在电子线路设计过程中，对元器件选择使用不仅考虑元器件的电应力和热应力问题，对其一些主要技术参数选择也是很重要例如：电阻元件精度；电容元件漏电流和误差等问题；尤其是半导体器件中二极管、三极管。

二极管要考虑承受最大反向电压和工作频率、三极管要考虑VCE、VEB值大小及工作频率应小于特征频率等综合参数，根据综合参数选择出器件在查半导体器件手册时，有时候不定合适因为半导体器件已经系列化(同样其它器件也系列化)这时候选择原则往上靠。

所以器件在实际运用中电应力一般应该小于理论电应力。

关于其它器件选择就不详述一般来讲对器件表面温度要求(表面温度相对于室温26℃)：电源；伴音；行场扫描等电路中的大功率电阻表面温度在40℃左右、电源开关变压器、行输出变压器表面温度在50℃左右。

电源开关管、整流桥堆表面温度在50℃-55℃。

场输出IC块(场输出对管) 、伴音功放IC、视放表面温度在60℃左右偏转线圈、行输出开关管表面温度在70℃左右注：对上述表面温度仅作为参考，具体应根据电子产品所在工作环境温度及所选器件的结温TJ（150℃、125℃、70℃等℃）参数，作适当调整。

四、常用散热方法1、自然散热：普通CRT电视常用的冷却方法是使用散热器利用对流和辐射进行自然散热：在结构上对伴音功放IC；视放IC；电源开关管；行输出开关管等场输出IC块（场输出对管）等发热量较大的应该设计合适散热器用于冷却。

工艺上在器件与散热器之间涂上硅脂等散热油并保证一定的紧固力矩；散热油一定要涂均匀否则会影响散热效果（因为不论是发热器件表面还是散热器表面从宏观看表面是平整但从微观看表面是凹凸不平，散热油起到填充作用，使两者之间紧密结合。

所以提高了散热效果），合适的紧固力矩可以保证IC与散热器配合良好从而确保散热效果。

另外有的器件是金属壳、有的塑封器件C极表面是金属，对这类器件安装散热器时是应加硅胶片加以绝缘。

对带散热器这类器件在设计样机阶段，应特别关注，必要时应采用温度计测量其表面温度。

（温度计：如日本PT-305红外线温度计）如果测量器件表面温度超过设计要求时可采取以下方法：一、是增加散热器面积。

二、是重新选择器件生产厂家或提高器件参数值。

IC散热要求一般在使用规格书中都有要求：例如前一段时间15LCD的3.3V供电稳压器，由于功耗较大，发热量大，因此换用了ROHM的BA033FP,TO252-3（贴片式）封装BA033FP,TO220FP（直插式）一般来说应该根据功耗来选择IC冷却方式：是否使用散热器或者使用多大面积的散热器。

对于大功率电阻安装到PCB板时提高其高度这样可以提高散热空间并在PCB板上相应位置打上散热孔。

对于电源开关变压器；DY偏转线圈等流过电流大时都采用多股并绕来降低其发热温度并在PCB板安装电源开关变压器位置打上散热孔。

PCB板在安装大容量滤波电容器位置以及在电源初级回路位置均有散热孔PCB排版工艺上将发热器件之间保持一定距离并远离电解电容器（因电解电容器内电解液受热后容易干枯造成容量变化）另外PCB板对流过大电流地方如：电源输入插座；保险丝插座；电源滤波器；热敏电阻整流桥堆；电源开关管C（D）极；电源开关变压器；行输出变压器；行输出开关管C极S校正电容；逆程电容；行宽线圈；DY插座等大电流处的焊点采取，加大焊盘并加铆钉或加焊。

目的降低功耗减少发热。

在机壳后盖四周上开有散热槽有利于机芯内热量散发，给发热元器件创造一个良好的工作环境温度。

2、直接液冷：如背投电视的投影管是使用冷却液进行冷却的。

3、强迫风冷：使用风扇造成空气流动进行制冷，比如DLP产品上的灯泡冷却排风扇。

五、散热器的种类及使用：一般的讲散热器的选择使用：（1）通过计算热阻计算公式为： Rt =j at tP-= Rj+ Rb+ Rf散热参数的确定：结温tj 和内热阻参数Rj由晶体管手册给出；界面热阻Rb包括接触热阻和绝缘衬垫热阻，可由接触热阻参考数据表中查出；散热器热阻Rf取决于散热器的结构、材料、几何尺寸大小及放置形式等因素，可以由散热器手册中查得。

计算示例：已知某电路使用晶体管3DD157A，其功率为20W，环境温度为30℃，管壳与散热器直接接触（Rb=0.5℃/W），试选用合适的散热器。

解：a 由晶体管手册查得3DD157A有关参数为最高允许结温tj =175℃，内热阻Rj=3.3℃/Wb 计算总热阻Rt Rt=j at tP-=1753020-=7.25℃/Wc 计算散热器热阻Rf Rf= Rt- Rj- Rb=7.25-3.3-0.5=3.45℃/W因此要求选择的散热器热阻低于3.45℃/W，就能保证结温tj<175℃，所以我们可以根据散热器手册查找在P=20W ta=30℃的情况下，热阻小于3.45℃/W的散热器。

（2）根据晶体管资料推荐使用的散热器。

这里就不多叙述了。

（3）参考电子产品所用同型同功率或同功率的三极管和IC块上所带散热器这三种方法在这三种方法中由于第三种方法比较直接，所以在实际设计中运用最广。

但由于设计时所选工作环境温度；电应力不一定相同，假如使用中发现器件表面温度超过设计要求。

可采取（1）选散热效果好的散热器（如指状散热器是交叉排列的故其对流和辐射散热效果均比较理想）（2）选用热阻（Rf）低散热器(可以从散热器手册中查得)（3）加大散热器面积。

常见散热器（仅供参考）我们在使用中还采用涂黑的散热器，由于物体的黑度越高其辐射能力也就越强，所以这样的散热器不但能够通过传导来散热，还可以利用辐射来散热，其散热效果相对更加理想一些。

六、LCD散热方案探讨伴随着液晶显示器对高精细高亮度的要求越来越高，散热的重要性也逐渐增强。

LCD产品与CRT产品不同，如果机内温升较高容易引起液晶屏产生温度漂移误差和IC失效。

因此在设计的时候应当参考液晶屏允许上限温度以及IC使用手册中的要求，我们列举如下散热方案：1、经过涂膜处理提高了散热性能的铝合金板作为液晶显示器的支架，特殊涂层的铝合金板加大了板材的辐射率，可以加强散热效果。

或者使用散热更好的金属外壳，如纯铝或者铝合金外壳也可有效的帮助散热。

2、在机身背后尽可能多的开设散热孔，在液晶显示器的后壳上开设较多的散热孔可以使得空气流动增加，在侧面开设散热孔也可有效的帮助散热。

3、利用PCB上的淤铜板进行散热，这是我们常用的一种散热方式，将IC与PCB上的铜箔焊接，利用大面积的地线进行散热，这样的散热方式较空冷稍好，但是应该考虑是否有散热余量，而不应该导致整个PCB的热应力上升太多。

4、在可能的情况下加大机身的尺寸。

加大机身的尺寸可以使得机身内部的空气量更多，从而加强散热能力。

5、进行分体化设计，所谓分体式即由高清晰度的LCD与外置的电视盒相连构成，由于显示和接收设备分离，分体式液晶电视的散热性和灵活度较好。