功率器件的散热计算剖析

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功率器件热设计及散热计算

功率器件热设计及散热计算2007-03-29 00:18功率器件热设计及散热计算摘要：本文介绍了功率器件的热性能参数，并根据实际工作经验，阐述了功率器件的热设计方法和散热器的合理选择。

关键词：热设计；功率器件；散热计算；散热器选择引言当前，电子设备的主要失效形式就是热失效。

据统计，电子设备的失效有55％是温度超过规定值引起的，随着温度的增加，电子设备的失效率呈指数增长。

所以，功率器件热设计是电子设备结构设计中不可忽略的一个环节，直接决定了产品的成功与否，良好的热设计是保证设备运行稳定可靠的基础。

功率器件热性能的主要参数功率器件受到的热应力可来自器件内部，也可来自器件外部。

若器件的散热能力有限，则功率的耗散就会造成器件内部芯片有源区温度上升及结温升高，使得器件可靠性降低，无法安全工作。

表征功率器件热能力的参数主要有结温和热阻。

器件的有源区可以是结型器件(如晶体管)的PN结区、场效应器件的沟道区，也可以是集成电路的扩散电阻或薄膜电阻等。

当结温Tj高于周围环境温度Ta时，热量通过温差形成扩散热流，由芯片通过管壳向外散发，散发出的热量随着温差(Tj-Ta)的增大而增大。

为了保证器件能够长期正常工作，必须规定一个最高允许结温 Tj max。

Tj max的大小是根据器件的芯片材料、封装材料和可靠性要求确定的。

功率器件的散热能力通常用热阻表征，记为Rt，热阻越大，则散热能力越差。

热阻又分为内热阻和外热阻：内热阻是器件自身固有的热阻，与管芯、外壳材料的导热率、厚度和截面积以及加工工艺等有关；外热阻则与管壳封装的形式有关。

一般来说，管壳面积越大，则外热阻越小。

金属管壳的外热阻明显低于塑封管壳的外热阻。

当功率器件的功率耗散达到一定程度时，器件的结温升高，系统的可靠性降低，为了提高可靠性，应进行功率器件的热设计。

功率器件热设计功率器件热设计主要是防止器件出现过热或温度交变引起的热失效，可分为器件内部芯片的热设计、封装的热设计和管壳的热设计以及功率器件实际使用中的热设计。

MOSFET功率开关器件的散热计算

MOSFET功率开关器件的散热计算MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种常用的功率开关器件，用于调节和控制电子电路中的功率输出。

在工作过程中，MOSFET 会产生一定的功耗，这会导致器件升温，为了保证器件的正常工作，需要进行散热计算。

散热计算的目的是确定器件的热阻和最大工作温度，以便选择适当的散热方式，以及确定散热器的大小和材料。

首先，我们需要了解MOSFET的功耗，计算器件的热阻和最大工作温度。

1.功耗计算：-静态功耗是指器件处于稳态工作时的功耗，主要是由电流引起的导通压降和漏极电流引起的静态功耗。

-动态功耗是指在开关过程中，由于MOSFET开关速度造成的功耗。

静态功耗可以通过电流和导通压降计算得出，动态功耗则需要根据MOSFET的开关速度和应用场景来进行估算。

一般来说，静态功耗较小，可以忽略不计，因此我们主要关注动态功耗。

2.热阻计算：热阻由两个组成部分构成：导热阻（junction-to-case thermal resistance）和散热阻（case-to-ambient thermal resistance）。

-导热阻是指热量从MOSFET结到器件封装外壳的传导阻力。

-散热阻是指热量从器件封装外壳传递到周围环境的散热阻力。

导热阻可以通过器件手册或厂商提供的数据手册来获得，散热阻可以通过热量传导理论和计算公式来估算。

3.最大工作温度：最大工作温度可以通过器件手册或厂商提供的数据手册来获得。

有了以上的基础知识，我们可以按照以下步骤进行MOSFET的散热计算：1.根据应用场景和数据手册提供的参数，计算出MOSFET的功耗。

2.根据功耗计算出MOSFET的热阻（包括导热阻和散热阻）。

3.确定最大工作温度，通常根据数据手册提供的温度参数来确定。

4.根据最大工作温度和热阻，计算出器件离开环境的温度差。

5.根据热耗的温度差和功耗，计算出散热器的尺寸和材料。

需要注意的是，散热计算是一个非常复杂的过程，涉及到多方面的因素，包括器件的封装类型、散热器的设计和材料选择等。

浅析电子设备中功率器件的热设计与散热设计

浅析电子设备中功率器件的热设计与散热设计0 引言电子设备（产品）在工作过程中，随着温度达到或超过规定的温度值时，就会引起或增大电子设备的失效率，也就是过热失效。

过热失效的原因主要来自电子设备中功率器件的过热。

因此，做好电子设备中功率器件的热设计与散热设计是提高电子设备（产品）质量与可靠性的关键环节。

本文就电子设备中功率器件的热性能、功率器件热设计、散热器设计、散热技术的发展等，做进一步的研究和探讨[1]。

1 功率器件的热性能功率器件在受到来自器件本身工作时（内部）产生的热或受到器件壳体（外部）接触到的热源影响，又得不到及时地散热，就会导致功率器件内部芯片（有源区）的温度（结温）升高，使器件的可靠性降低无法正常工作。

功率器件的热性能：结温和热阻[2]。

1.1 结温。

功率器件的内部芯片有源区（如晶体管的pn结区、场效应器件的沟道区、集成电路的扩散电阻或薄膜电阻等）的温度称为结温。

当功率器件的结温温度（tj）超过其环境温度（ta）时，由温差变化形成的热扩散流，把器件芯片上的热量传递到管壳并向外散发热能，并随着器件结温与环境温差(tj-ta)的变化增大而使传热量增大。

1.2 热阻。

功率器件传递热量能力的大小称为热阻（rt），热阻（rt）的值增大时，功率器件的散热能力就减小。

热阻分为内、外热阻：①内热阻是功率器件本身的热阻，并与功率器件的芯片、外壳材料的导热率、厚度和截面积等有关。

②外热阻是功率器件外部的热阻，并与功率器件外部（管壳）的封装形式（如金属管壳的外热阻<塑封管壳）有关，而且管壳面积越大，外热阻越小。

2 功率器件的热设计功率器件热设计的目的是为了防止器件工作时所产生的温度过高，致使器件（过热引起热失效）无法正常工作。

在功率器件热设计过程中，不仅要作好器件内部芯片、封装形式和管壳的热设计，还要加装合适的散热器进行有效散热，保证器件在安全结温之内正常可靠的工作[3]。

2.1 器件的性能参数和环境参数。

电源功率器件散热器计算

电源功率器件散热器计算一、7805 设计事例设I=350mA，Vin=12V，则耗散功率Pd=(12V-5V)*0.35A=2.45W。

按照TO-220封装的热阻θJA=54℃/W，温升是132℃，设室温25℃，那么将会达到7805 的热保护点150℃，7805 会断开输出。

二、正确的设计方法是：首先确定最高的环境温度，比如60℃，查出民品7805 的最高结温Tj(max)=125℃，那么允许的温升是65℃。

要求的热阻是65℃/2.45W=26℃/W。

再查7805 的热阻，TO-220 封装的热阻θJA=54℃/W，TO-3 封装（也就是大家说的“铁壳”）的热阻θJA=39℃/W，均高于要求值，都不能使用（虽然达不到热保护点，但是超指标使用还是不对的）,所以不论那种封装都必须加散热片。

资料里讲到加散热片的时候，应该加上4℃/W 的壳到散热片的热阻。

计算散热片应该具有的热阻也很简单，与电阻的并联一样，即54//x=26，x=50℃/W。

其实这个值非常大，只要是个散热片即可满足。

三、散热片尺寸设计散热片计算很麻烦的，而且是半经验性的，或说是人家的实测结果。

基本的计算方法是:1.最大总热阻θja ＝（器件芯的最高允许温度TJ －最高环境温度TA ）/ 最大耗散功率其中，对硅半导体，TJ 可高到125℃，但一般不应取那么高，温度太高会降低可靠性和寿命。

最高环境温度TA 是使用中机箱内的温度，比气温会高。

最大耗散功率见器件手册。

2.总热阻θja＝芯到壳的热阻θjc ＋壳到散热片的θcs ＋散热片到环境的θsa其中，θjc 在大功率器件的DateSheet 中都有，例如3---5θcs对TO220 封装，用2 左右，对TO3 封装，用3 左右，加导热硅脂后，该值会小一点，加云母绝缘后，该值会大一点。

散热片到环境的热阻θsa 跟散热片的材料、表面积、厚度都有关系，作为参考，给出一组数据例子。

a.对于厚2mm 的铝板，表面积（平方厘米）和热阻（℃/W）的对应关系是：中间的数据可以估计了。

功率器件的散热计算及散热器选择

司产品）作低频功放，其电路如图１所
器件为８引脚Ｔ３属外壳封装Ｏ一金０１￣Ｗ；若器件底面不绝缘需示。～０２Ｃ／器件丁作条件如要另外加云母片绝器件上还采用流动冷水冷却板，它有更下作电压 ±Ｖ工ｓ缘，其Ｒ可达１则一 ℃／好的散热效果。为 ±１Ｖ８；负载阻ＷＰ为实际的最大。散热计算就是在一定的＿作条件ｒ抗Ｒ为４Ｑ，Ｔ损耗功率，可根据不下，过计算来确定合适的散措施及通作频率直流条件同器件的工作条件计
Ｒ ≤ ｏＰｒＴ）／一
割成一定长度而制成非标准的散热器
散热器的表面处理有电泳涂漆或
可靠地ｒ作
则计算最夫允许的散热器到环境黑色氧极化处理，口的是提高散热敢其
温度的热阻Ｒ为一
率及绝缘性能：在自然冷却下可提高１～１％，０５在通风冷却下可提高３，％电
泳涂漆可耐压５００ｖ０￣８０
散热计算
任何器件在１作时都有一耗定的损大部分的损耗变成热量。小功率器
’ ｒ
计算实例
一

常用的就是将功率器件安装在散热器
利用散热器将热量散到刷隔空间，必要时冉加上散热风扇，一定的风速加强冷却散热＝某些大型设备的功率在

功率器件热沉辐射散热-概述说明以及解释

功率器件热沉辐射散热-概述说明以及解释1. 引言1.1 概述概述部分的内容可以如下所示：功率器件热沉辐射散热是在电子设备中应用广泛的一种散热技术。

在现代电子设备中，功率器件所产生的热量是一个严重的问题。

这些器件通常需要在较高的功率下运行，而其转换效率并不十分理想，导致大量的能量被转化为热量释放出来。

如果这些热量不能得到有效的散热，将会导致器件温度过高，从而影响其可靠性和寿命。

为了解决功率器件热量过高的问题，热沉技术应运而生。

热沉是一种用于引导和散发器件热量的器件，它通常由导热材料制成，比如铜或铝。

功率器件通过热沉的导热接触面与热沉直接接触，使得热量能够迅速传递到热沉上，并通过热沉的表面积扩散到周围环境中。

辐射散热是热沉散热的重要方式之一。

辐射散热通过能量的辐射传递来散发热量。

当热沉表面温度高于周围环境时，热沉会以辐射的形式向周围发射热能。

辐射散热的原理是由斯特藩—玻尔兹曼定律描述的，即辐射功率与热沉表面的温度的四次方成正比。

文章的结构将会按照以下方式展开。

首先，我们将介绍功率器件热沉的概念和作用，阐述为什么需要采用热沉来散热。

接着，我们将详细介绍辐射散热的原理和方法，包括如何提高热沉辐射散热的效果。

最后，我们将对整篇文章进行总结，并展望未来功率器件热沉辐射散热技术的发展方向。

通过本文的阐述，读者将能够深入了解功率器件热沉辐射散热的重要性和原理，为解决功率器件散热问题提供一定的指导和启示。

同时，也可以为相关领域的研究人员和工程师提供一些参考和借鉴。

让我们一起深入探讨功率器件热沉辐射散热技术的前沿进展吧！1.2 文章结构文章结构部分的内容可以从以下角度进行阐述：文章结构是指文章的整体组织布局，包括章节划分、主题内部结构和逻辑连贯性等。

一个清晰明确的文章结构可以帮助读者更好地理解和吸收文章的内容。

首先，本文共分为三个主要部分：引言、正文和结论。

在正文部分中，主要讨论了功率器件热沉和辐射散热这两个主题。

半导体功率器件的散热计算(精)

半导体功率器件的散热计算晨怡热管2006-12-31 0:58:06【摘要】本文通过对半导体功率器件发热及传热机理的讨论，导出了半导体功率器件的散热计算方法。

【关键词】半导体功率器件功耗发热热阻散热器强制冷却一、半导体功率器件的类型和功耗特点一般地说，半导体功率器件是指耗散功率在1瓦或以上的半导体器件。

按照半导体功率器件的运用方式，可分为半导体功率放大器件和半导体功率开关器件。

1、半导体功率放大器件半导体功率放大器又因其放大电路的类型分为甲类放大器、乙类推挽放大器、甲乙类推挽放大器和丙类放大器。

甲类放大器的理论效率只有50%，实际运用时则只有30%左右；乙类推挽放大器的理论效率也只有78.5%，实际运用时则只有60%左右；甲乙类推挽放大器和丙类放大器的效率介乎甲类放大器和乙类推挽放大器之间。

也就是说，半导体功率放大器件从电源中取用的功率只有一部分作为有用功率输送到负载上去，其余的功率则消耗在半导体功率放大器件上，半导体功率放大器在工作时消耗在半导体功率放大器件上的功率称为半导体功率放大器件的功耗。

半导体功率放大器件的功耗为其集电极—发射极之间的电压降乘以集电极电流：P D=U ce·I c（式1—1）式中P D为半导体功率放大器件的功耗（单位W）。

U ce为半导体功率放大器件集电极—发射极之间的电压降（单位V）。

I c为半导体功率放大器件的集电极电流（单位A）。

线性调整型直流稳压电源中的调整管是工作在放大状态的半导体功率放大器件，所以其功耗的计算和半导体功率放大器件的功耗计算是相似的。

例如一个集成三端稳压器，其功耗就是：输入端—输出端电压差乘以输出电流。

2、半导体功率开关器件半导体功率开关器件例如晶体闸流管、开关三极管等。

它们的工作状态只有两个：关断（截止）或导通（饱和）。

理想的开关器件在关断（截止）时，其两端的电压较高，但电流为零，所以功耗为零；导通（饱和）时流过它的电流较大，但其两端的电压降为零，所以功耗也为零。

大功率器件的散热设计

大功率器件的散热设计目录前言 (1)1.器件的热性能参数 (1)2.散热方式的选择 (2)3.风机选型以及风道设计 (2)4.散热器优化 (3)5.正确的安装 (4)前言随着电子技术的不断发展,大功率器件的发热功耗越来越大、热流密度不断增加。

产品散热设计对产品的可靠性有着至关重要的影响。

要对大功率器件进行良好的散热设计,首先要了解功率器件的热性能指标,然后通过选择合适的散热方式,正确的风道设计以及对散热器进行必要的优化分析，最后规范、正确的安装散热器使器件达到最佳的散热效果。

1.器件的热性能参数器件厂家会提供器件的焊接温度、封装形式、工作温度范围、器件结点温度限制、内部热阻等信息，这是参数是进行散热设计的基础和前提。

下面对一些常用热参数逐一说明：TDP一器件热耗散功耗，单位W（瓦），表示器件实际发热量的大小Tc-器件壳体温度，单位℃Tj-结点温度，单位。

C。

随着结点温度的提高，半导体器件性能将会下降。

结点温度超过最大限制，器件寿命极度下降甚至烧毁。

这是进行热设计关注的焦点。

Ta-环境温度，单位℃Rja-结点到环境的热阻，单位C/WRjc-结点到器件壳的热阻，单位C/W归根到底，热设计主要任务是要满足：TjVTj（max）并留有适当的余量（通常要保证有10%以上余量）。

Tj(max]=P*Rjc+Tc(max)Tc(max)即器件表面的最高温度，很显然散热设计越成功，Tc(max)就会越低。

2 .散热方式的选择系统散热方式的选择应充分考虑系统的发热功耗，温度/体积/重量要求，防护等级，散热装置的可操作性，价格等诸多因素，最终选择最适合自己产品的、有效的散热方式。

散热主要分为：自然散热、强迫风冷。

液体冷却等。

目前普遍采用的散热方式仍然是风冷。

下表反映了不同散热方式状况下热流密度与温升的关系。

642 I1IOT24610^,24610*246 10T Wcm t自然散热：通过空气的自然对流将热量带到周围空间。

功率器件热设计及散热计算

功率器件热设计及散热计算功率器件热设计及散热计算是在设计和选择功率器件时必须考虑的重要因素之一、功率器件通常会产生大量的热量，而不恰当的热设计会导致器件过热甚至损坏。

因此，在设计和选择功率器件时，必须充分考虑到其热特性，进行适当的散热计算和热设计。

首先，在进行功率器件的热设计和散热计算之前，需要了解功率器件的热特性参数，其中包括功率器件的最大功率耗散、热阻和最高工作温度等。

这些参数可以从器件的规格书中获取，或者进行实际测试得到。

接下来，需要确定散热器的散热性能。

散热器通常采用铝制散热片或铜制散热片，并通过散热鳍片和风扇等方式进行散热。

散热片的材料和尺寸会直接影响其散热性能，因此在进行散热计算时，需要充分考虑散热片的选择和设计。

在进行散热计算时，首先需要计算功率器件的热功率耗散。

热功率耗散等于功率器件的工作电流乘以其耗散功率。

然后，根据功率器件的热阻和散热器的热阻，计算器件的温升。

热阻可以通过以下公式计算：热阻=(最高工作温度-环境温度)/热功率耗散其中，最高工作温度是功率器件能够承受的最高温度，环境温度是功率器件周围的温度。

根据计算得到的温升，可以判断功率器件的工作温度是否在安全范围内。

通常情况下，功率器件的最大工作温度应该小于其能够承受的最高温度。

如果工作温度超过了最高温度，就说明散热设计存在问题，需要进行改进。

在进行散热设计时，还需要考虑到空气流通和风扇的散热效果。

合理的空气流通和风扇的使用可以显著改善散热效果。

通常情况下，应该确保空气能够顺畅地流过散热器，并且风扇应该具有足够的风量和压力，以确保有效的散热。

综上所述，功率器件的热设计及散热计算是一个复杂而重要的过程。

通过了解功率器件的热特性参数，选择适当的散热器，并进行合理的散热计算，可以有效地防止功率器件过热，并提高其可靠性和寿命。

因此，在进行功率器件的设计和选择时，必须充分考虑到热设计和散热计算。

功率器件热设计及散热计算

式就是热失效。据统计，电子设备差（一的增大而增大。为了保证计、封装的热设计和管壳的热设计Ｔ．）Ｔ
的失效有５％是温度超过规定值引器件能够长期正常工作，须规定以及功率器件实际使用中的热设５必
功率器件受到的热应力可来自厚度和截面积以及加工工艺等有
器件内部，可来自器件外部。也若器关，外热阻则与管壳封装的形式有
散热计算
最常用的散热方法是将功率器
件的散热能力有限，则功率的耗散关。一般来说，管壳面积越大，则件安装在散热器上，利用散热器将就会造成器件内部芯片有源区温度外热阻越小。金属管壳的外热阻明热量散到周围空问，必要时再加上
关键词：热设计；功率器件，散热计算；散热器选择
引言
温差形成扩散热流，由芯片通过管件出现过热或温度交变引起的热失
当前，电子设备的主要失效形壳向外散发，发出的热量随着温效，可分为器件内部芯片的热设散
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一浙江嘉科电子有限公司鲍承斌
功率器件热设计及散热计算
摘要：本文介绍了功率器件的热性能参数，并根据实际工作经验，阐述了功率器件的热设计方法和散热器的

IGBT功率器件功耗与散热

IGBT功率器件功耗与散热IGBT等功率电子器件在工作中，由于自身的功率损耗，将引起IGBT温度升高。

引起功率器件发热的原因主要有两个，一是功率器件导通时，产生的通态损耗。

二是功率器件的开通与关断过程中产生的开关损耗。

IGBT功耗主要由导通损耗和开关损耗构成，需要合理的IGBT散热装置将产生的热量散发出去，保证IGBT变流器设备的可靠运行。

(1) 功率器件导通时，由于自身的导通压降并不为零，于是将产生通态损耗。

通态损耗主要与功率器件的导通压降、承载电流以及导通占空比有关。

设功率器件的导通压降为Uon，则当器件通过占空比为D，电流幅值为I T的矩形脉冲时，平均通态损耗为(2) 功率器件在开通与关断过程中，作用在其上的电压、电流波形可近似表示为图1所示形式。

功率器件在开通时不能瞬间完全导通，逐渐下降的电压与逐渐上升的电流将产生开通损耗Pon。

功率器件在关断时不能瞬间完全截止，逐渐下降的电流与逐渐上升的电压将产生关断损耗off。

开通损耗Pon和关断损耗Poff的总和即是功率器件的开关损耗Ps。

开关损耗主要与功率器件的承载电压、电流以及开关频率有关。

对于电阻性负载，依据图1(a)所示的波形，设功率器件截止时承载的电压为U T，开通时的电流为I T，开关的频率为fs，周期为Ts，则在一个开关周期内的平均开关损耗为对于电感性负载，在电压、电流相同的情况下，功率器件的平均开关损耗要大干电阻性负载，一般认为其在一个开关周期内平均开关损耗为开关器件的平均通态损耗Pc与平均开关损耗Ps之和就是开关器件总的功率损耗，它们将转化为热量而引起功率器件发热。

各种功率器件的核心均是半导体PN结，而PN结的性能与温度密切相关，为此，功率器件均规定了正常工作的最高允许结温Tjm。

为了保证器件正常工作，器件工作时的结温应始终低于最高允许结温Tjm。

但工程上能够测量到的结温实际上是功率器件外壳的平均温度，由于功率器件内部温度分布是不均匀的，可能会出现局部高于最高允许结温的过热点而使器件损坏。

功率器件的散热研究

功率器件的损耗发热造成的温度升高，响到器件的工作性能和系统运行的可靠性，就要求必须采取有效的影这散热措施。述了当前应用研究中不同的散热与冷却方法，进行了适当的分析，出了基于大型有限元分析综并提
１１空气自然散热．
水冷散热是一个密闭的液体循环装置，通过泵产生的动力推动密闭系统中的液体循环，通过液体循环将吸热盒吸收的热量带到面积更大的散热装置进行散热。冷却后的液体再次回流到吸热设备，如此循环往复。水冷系统无风扇，无振动，噪声较小。水冷散热的缺点是价格昂贵，在密闭状态下易结垢、水变质，使用时要完全杜绝漏水、断水等。
软件ＡＹＳ进行热模拟分析的方法。ＮＳ
关键词：损耗；散热；ＡＮＳＹＳ
中图分类号：Ｔ２１４Ｍ０．２
文献标识码：Ａ
０引言
噪声，且风扇寿命受时间限制。
１３水冷散热．
散热是影响电力电子设备可靠性的一个重要因素，一般电子元器件的工作温度都有一定限制，功率耗散会造成器件内部芯片有源区温度（温）升，超结上过允许结温时器件性能将显著下降，能稳定工作。不器件的失效率与结温成指数关系，性能随结温升高而降低。研究表明：器件工作温度每升高１０Ｃ，失效率增加１倍。随着电力电子技术的发展，器件的散热问题越来越受到关注，尤其是对于大功率器件，其功率密度高，发热量大，必须采用更为有效的散热措施。１电力电子设备散热技术的研究现状常用的散热技术有自然空气散热、风冷、水冷和热管等。

IGBT功率器件功耗与散热

IGBT功率器件功耗与散热IGBT功率器件功耗与散热IGBT等功率电子器件在工作中，由于自身的功率损耗，将引起IGBT温度升高。

引起功率器件发热的原因主要有两个，一是功率器件导通时，产生的通态损耗。

二是功率器件的开通与关断过程中产生的开关损耗。

IGBT功耗主要由导通损耗和开关损耗构成，需要合理的IGBT散热装置将产生的热量散发出去，保证IGBT变流器设备的可靠运行。

(1) 功率器件导通时，由于自身的导通压降并不为零，于是将产生通态损耗。

通态损耗主要与功率器件的导通压降、承载电流以及导通占空比有关。

功率器件在开通时不能瞬间完全导通，逐渐下降的电压与逐渐上升的电流将产生开通损耗Pon。

功率器件在关断时不能瞬间完全截止，逐渐下降的电流与逐渐上升的电压将产生关断损耗off。

开通损耗Pon和关断损耗Poff的总和即是功率器件的开关损耗Ps。

开关损耗主要与功率器件的承载电压、电流以及开关频率有关。

各种功率器件的核心均是半导体PN结，而PN结的性能与温度密切相关，为此，功率器件均规定了正常工作的最高允许结温Tjm。

为了保证器件正常工作，器件工作时的结温应始终低于最高允许结温Tjm。

LED散热计算公式详解.

大功率LED的散热问题：LED是个光电器件，其工作过程中只有15%～25%的电能转换成光能，其余的电能几乎都转换成热能，使LED的温度升高。

在大功率LED中，散热是个大问题。

例如，1个10W白光LED若其光电转换效率为20%，则有8W的电能转换成热能，若不加散热措施，则大功率LED的器芯温度会急速上升，当其结温（TJ）上升超过最大允许温度时（一般是150℃），大功率LED会因过热而损坏。

因此在大功率LED灯具设计中，最主要的设计工作就是散热设计。

另外，一般功率器件（如电源IC）的散热计算中，只要结温小于最大允许结温温度（一般是125℃）就可以了。

但在大功率LED散热设计中，其结温TJ要求比125℃低得多。

其原因是TJ对LED的出光率及寿命有较大影响：TJ越高会使LED的出光率越低，寿命越短。

K2系列白光LED的结温TJ与相对出光率的关系。

在TJ=25℃时，相对出光率为1；TJ=70℃时相对出光率降为0.9；TJ=115℃时，则降到0.8了。

：TJ=50℃时，寿命为90000小时；TJ=80℃时，寿命降到34000小时；TJ=115℃时，其寿命只有13300小时了。

TJ在散热设计中要提出最大允许结温值TJmax,实际的结温值TJ应小于或等于要求的TJmax,即TJ≤TJmax。

大功率LED的散热路径.大功率LED在结构设计上是十分重视散热的。

图2是Lumiled公司K2系列的内部结构、图3是NICHIA公司NCCW022的内部结构。

从这两图可以看出：在管芯下面有一个尺寸较大的金属散热垫，它能使管芯的热量通过散热垫传到外面去。

大功率LED是焊在印制板（PCB）上的，如图4所示。

散热垫的底面与PCB 的敷铜面焊在一起，以较大的敷铜层作散热面。

为提高散热效率，采用双层敷铜层的PCB，其正反面图形如图5所示。

这是一种最简单的散热结构。

热是从温度高处向温度低处散热。

大功率LED主要的散热路径是：管芯→散热垫→印制板敷铜层→印制板→环境空气。

大功率器件IGBT散热分析

４７。７．９Ｗ
ＦＷＤ的交换损耗Ｐ＝２１。．８ＷＩＢＧＴ元件的损耗Ｐ脚ｒ＝Ｐ＋Ｐ＝６８＋１１４＝．３
６１４Ｗ。９．３
１２Ｆ．ＷＤ交换损耗Ｐ计算
・＝＋・ｔ２
３
＝２１．８Ｗ．（）２
２
＋
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（２Ｃ时的数据。这些特性数据均以ＢＭ０Ｇ１０Ｌ１５ｑ）Ｓ２０Ｂ７ＤＣ技术手册为准。
无论ＩＢＧＴ元件的（Ｆ或ＷＤ元件）态损耗、换损耗稳交均可通过其电流、电压特性进行计算。即由ＩＢＧＴ开关状态
下的电流、电压随时间变化的关系，可求得一个周期内的平
１，
Ｉ。
ＩＢ集电极ＧＴ电流ＩＡ）ｃ（
或选用不当，这些大功率器件因过热而损坏。为了在确定的散热条件下设计或选用合适的散热器，确
１ＩＢＧＴ损耗分析及计算
对于Ｈ型双极模式ＰＷＭ系统中使用的ＩＢＧＴ模块，主要由ＩＢＧＴ元件和续流二极管ＦＷＤ组成，们各自发生的它
ＦＷＤ的损耗Ｐ，＝Ｐ，＋Ｐ＝０＋２１＝２１。肋．８．８Ｗ
１３ＩＢ．ＧＴ关断损耗Ｐ￣ｔ￣４
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则ＩＢＧＴ模块单位元件的总损耗Ｐｌ＝Ｐ脚ｒ＋Ｐ，＋
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功率器件的散热计算及散热器选择详细说明

功率器件的散热计算及散热器选择H e a t D i s p e r s i o n C a l c u l a t i o n F o r P o w e r D e v i c e s a n d R a d i a t o r s S e l e c t i o n功率管的散热基础理论功率管是电路中最容易受到损坏的器件.损坏的大部分原因是由于管子的实际耗散功率超过了额定数值.那么它的额定功耗值是怎样确定的,还有没有潜力可挖呢?让我们来分析一下.晶体管耗散功率的大小取决于管子内部结温Tj. 当Tj 超过允许值后,电流将急剧增大而使晶体管烧毁.硅管允许结温一般是125~200℃,锗管为85℃左右(具体标准在产品手册中给出).耗散功率是指在一定条件下使结温不超过最大允许值时的电流与电压乘积.管子消耗的功率越大,结温越高.要保证结温不超过允许值,就必须将产生热散发出去.散热条件越好,则对应于相同结温允许的管耗越大,输出也就越大.因此功率管的散热问题是至关重要的.热阻为了描述器件的散热情况,引入热阻的概念.电流流过电阻R ，电阻消耗功率RI 2[W]（每秒RI 2焦耳能量），导致电阻温度上升。

用隔热材料覆盖电阻，电阻产生的热量不能散发时，则电阻温度随着时间增加而上升，直至电阻烧坏。

一般而言，二物体间的温差越大，温度高的物体向低的物体移动量增多。

某电阻置于空气中（如图6.33所示），由于流过电流向电阻提供功率，这功率变为热能。

在使电阻温度生高的同时，部分热能散发于空气中。

开始有电流流过电阻时，电阻温度不高，因此散发的热也小，电阻温度逐渐上升，散发的热量也上升与用电阻表示对电流的阻力类似.热阻表示热传输时所受的阻力.即由U1-U2=I ×R 可有类似的关系T1-T2=P ×R T (1-1)其中T1-T2为两点温度之差,P 为传输的热功率,R T 是传输单位功率时温度变化度数,单位是℃/W.RT 越大表明相同温差下散发的热能越小.于是结温Tj,环境温度Ta,管耗PCM 及管子的等效热阻R T 之间有以下的关系 Tj-Ta=P CM ×RT (1-2)若环境温度一定(常以25℃为基准), Tj 已定,则管子等效热阻越小,管耗P CM 就越可以提高.下面我们来看看管子的散热途径及等效热阻的情况.以晶体管为例.图1-1(a)是晶体管散热的示意图.从管芯(J-Junction)到环境(A-Ambient)之间有几条散热途径: 管芯(J)到外壳(C-Case),通过外壳直接向环境(A)散热;或通过散热器(S)(中间有界面)向环境散热.不同的管芯(指材料、工艺不同)本身的散热情况不同,或者说热阻不同.外壳、散热器等的热阻也各不相同.我们可用一个等效电路来模拟这个散热情况,如图1-1(b)所示.散发的热能Pc 表示为电流的形式;两点的温度分别为结温Tj,和环境温度Ta;结到外壳的热租用Rjc 表示,外壳到环境用Rca 表示,外壳到散热器用Rcs 表示,散热器到环境用Rsa 表示,加散热器后有两条并存的散热途径.图1-1 晶体管散热情况分析(a)晶体管散热示意图 (b)散热等效电路对于小功率管,一般不用散热器,则管子的等效热阻为R T = Rjc+ Rca (1-3)而大功率管加散热器后,一般总有Rcs+ Rsa<<Rca,则R T ≈ Rjc+ Rcs+ Rsa (1-4) 不同的管子Rjc 不同,比如MJ21195的Rjc=0.7℃/W,而MJE15034的Rjc=2.5℃/W. Rca 与管壳的材料和几何尺寸有关. Rsa 与散热器的材料(铝、铜等)及散热面积等有关.并且发现将它垂直放置比水平放置散热效果好,表面钝化涂黑又可改进热外壳C 散热器S (a)Pc (b) 易腾科技有限公司w w w s r p .c o mRcs 是管壳与散热器界面的热阻.可分为接触热阻和绝缘层热阻.接触热阻取决于接触面的情况,如面积大小、压紧程度等.若在界面涂导热性能较好的硅脂可减少热阻.当需要与散热器绝缘时(如利用外壳、底座进行散热的情况),垫入绝缘层也会形成热阻.绝缘层可以是0.05~0.1mm 厚的云母片或采用阳极氧化法在表面形成的绝缘层.若已知管子的总热阻为R T ,则在环境温度为T A 时允许的最大耗散功率可由式(1-2)得出.在产品手册上给出的管耗只在指定散热器(材料、尺寸一定)及一定环境温度下的最大允许值.若散热条件发生变化,则允许的管耗也应随之改变.对于其它类型的器件(包括集成功放等),耗散功率和散热的关系均与此类似.因此在使用中必须注意环境温度及合适的散热器(同时要注意器件与散热器的压紧情况等),才能获得所需的功率.图1-2 铝散热板的热阻实际产品设计的散热计算目前的电子产品主要采用贴片式封装器件，但大功率器件及一些功率模块仍然有不少用穿孔式封装，这主要是可方便地安装在散热器上，便于散热。

大功率光源散热分析与计算

大功率光源散热分析与计算随着技术的不断进步，大功率光源的应用越来越广泛，例如激光器、汽车大灯、电视背光等。

然而，大功率光源也面临着散热问题，过热会导致光源寿命缩短、性能下降等问题。

因此，散热技术对大功率光源的稳定运行至关重要。

首先需了解大功率光源的热量产生机理。

光源产生热量大都是由发光材料受激发态电子向基态跃迁而释放的。

当电子复合时，释放的能量会以光子和热的形式传递到材料周围环境中。

这种热能的释放会导致光源内部温度升高，如果温度过高超过光源所能承受的极限，就会损坏光源或者使其性能下降。

实际应用中，为了减少光源内部温度的升高，提高光源的散热能力显得十分必要。

大功率光源散热技术主要分为主动散热和被动散热两种。

主动散热技术是在光源内部安装散热器，通过风扇等外部设备带动气流，使内部的热空气得以排出。

这种散热方式简单、有效，但是需要添加冷却设备，增加了成本和尺寸。

被动散热技术则是采用高导热材料，使其直接接触光源，将发热量转移到散热器上，然后通过自然对流将热量散发出去。

这种散热方式不需要主动散热设备，而是利用热对流自然进行散热。

同时，被动散热方式还降低了散热器阻抗，提高了散热效果。

选择散热材料时需要考虑其导热系数、密度、成本、可靠性等因素。

一般来说，铜是最好的散热材料之一，其具有非常高的导热系数，同时结构紧密，重量轻。

铝也是常用的散热材料，其导热系数虽比铜低，但更轻，且成本更低。

硅胶和陶瓷等新型材料也有着很好的散热性能，但成本较高。

最后，对大功率光源的散热性能进行计算时，需要考虑到光源的功率、散热器的材料和形状、辅助冷却设备的效率等因素。

同时也要注意对光源进行实时监测，及时发现和处理散热问题，确保大功率光源的稳定运行。

综上所述，大功率光源的散热是保证其稳定运行的关键因素之一。

通过选择适合的散热材料、合理的散热方式以及有效的散热计算和监测机制，可以提高大功率光源的使用寿命和性能。

选取数据比较广泛的主题是全球贸易，以下是几个涉及到全球贸易的数据和相关分析。

机电工程中功率器件的散热研究

机电工程中功率器件的散热研究【摘要】随着功率半导体器件的发展，螺栓式器件已被淘汰，目前常用的功率半导体器件，包括模块和平板器件两种。

功率半导体器件在工作时会因功率耗散而发热，如果热量不能及时排出，器件会因过热而烧毁，因此，功率半导体器件的散热在机电工程中应用中显得尤为重要。

【关键词】功率器件；散热1.散热器基础作为散热器的铝合金型材，通常采用的是6000系列镁硅铝合金，其供应状态包括T4、T5、T6。

模块的散热器选配，其散热器主要选用6063铝合金型材。

在众多的铝合金材料中，6063的导热系数是较高的，达到209 W/mK，与纯铝的导热系数237 W/mK比较接近。

其抗拉强度适中，厚度可小于6 mm。

供应状态T5系由高温成型过程冷却后，不经过冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限），型材变形系数小，硬度一般，适宜作为功率器件的散热器。

平板器件作为大电流的半导体器件，散热器是作为电极导电的，表面不宜进行氧化处理。

2.选配散热器的原则散热器的选取原则，应使模块芯片的实际工作结温低于芯片的最高允许结温。

无论是连续工作制还是短时工作制，都不允许器件超结温。

晶闸管结温不超过125℃（398.15K），整流管结温不超过150℃（423.15K）。

模块在使用时，必须配备适当的散热器。

为保证功率半导体器件正常工作，散热条件至关重要，主要涉及环境温度、空气流动、环境污染程度等情况。

随着环境温度的升高，器件P-N结到散热器的温差变小，严重影响散热效果。

空气流动越通畅，散热器向环境散热就越快，反之则散热变慢。

环境污染越严重，散热器上覆盖的灰尘就会越多，不仅为散热器向环境散热增加了一个阻挡层，也使得散热风机的叶片结垢而影响转速，会严重影响散热效果。

器件工作的空间大小也与散热有关，狭小的空间会造成热量聚积，减小模块到散热器的温度梯度，影响散热。

因此，要注意保持环境的清洁，设备上的灰尘也应及时清理。

晶闸管模块的热阻与功耗计算，按以下经验公式：Rja= （Tj-Ta）/ PT（A V）=Rjc+Rch+Rha （1）PT（A V）=VTOITA V+rTIeq RMS （2）或PT（A V）=（0.785VTM+0.215VTO）ITA V （3）式中：PT（A V）——模块芯片耗散功率IRMS——通态电流交流有效值ITA V /IFA V——晶闸管/整流管通态平均电流rT /rF——晶闸管/整流管斜率电阻VTM /VFM——晶闸管/整流管通态峰值电压VTO /VFO——晶闸管/整流管阈电压（门槛电压）Rch——模块基板与散热器的接触热阻Rja——芯片与环境间热阻（总热阻）Rjc——模块结壳热阻Rha——散热器热阻Ta——模块使用环境温度Tc——模块基板温度（壳温）Tj——P-N结温度3.连续工作制的散热器选配连续工作制的半导体器件，选配散热器要充分考虑影响热传导的各种因素。

半导体功率器件的散热计算(精)

按照半导体功率器件的运用方式，可分为半导体功率放大器件和半导体功率开关器件。

1、半导体功率放大器件半导体功率放大器又因其放大电路的类型分为甲类放大器、乙类推挽放大器、甲乙类推挽放大器和丙类放大器。

半导体功率放大器件的功耗为其集电极—发射极之间的电压降乘以集电极电流：P D=U ce·I c（式1—1）式中P D为半导体功率放大器件的功耗（单位W）。

U ce为半导体功率放大器件集电极—发射极之间的电压降（单位V）。

I c为半导体功率放大器件的集电极电流（单位A）。

线性调整型直流稳压电源中的调整管是工作在放大状态的半导体功率放大器件，所以其功耗的计算和半导体功率放大器件的功耗计算是相似的。

例如一个集成三端稳压器，其功耗就是：输入端—输出端电压差乘以输出电流。

2、半导体功率开关器件半导体功率开关器件例如晶体闸流管、开关三极管等。

它们的工作状态只有两个：关断（截止）或导通（饱和）。

功率器件散热器

1）散热器的选用散热器选用的原则是在保证充分散热的前提下，尽量选用体积小和重量轻的散热器。这样可节省机内空间，减少设备的总重量，并能达到节约的目的。 2）散热器的安装安装时应尽量选用散热热阻小的安装方式
3）散热器表面要平整光洁为减少散热器与功率器件间的接触热阻，应注意保持二者界面间的平整与光洁。如界面既平整光洁又无氧化层时，其间可不加垫片，否则应涂以硅脂或加装导热垫片。 4）散热器的颜色为增加散热器的辐射能力，散热器表面应涂一层吸热涂料或用阳极氧化的氧化层等高辐射系数的涂层，应优先选用具有黑色涂层的散热器，并应保护涂层不受损坏。
功率器件散热器的设计与计算
• 功率器件散热器的计算 1）功率器件散热器的电模拟
如图为带散热器的功率器件，管芯上的热量经热传导传到管壳和引线上，一小部分热量就直接经管壳和引线与周围介质发生热交换，而大部分热量会通过与散热器的接触面、绝缘衬垫传到散热器上，再由散热器与周围环境发生热交换将热量散出去。
平行肋散热器由铝合金挤压成型的具有平行肋片的铝型材做成的散热器，一般用于大中功率管。
叉指型散热器用铝板冲压而成，用于中大功率晶体管。
2）功率器件散热器的设计原则 1）尽量使散热器直接与设备外部的空气进行热交换，以便提高对流放热系数αc 。若必须置于设备内部，则其周围吸热构件表面应尽量具有较高黑度，以便提高辐射放热系数αr。 2）散热器的材料应具有高的导热系数。若用铝材做散热器，则铝材表面应氧化发黑处理。 3）尽可能增加垂直散热面积，肋片的间距不宜过小，以免影响其对流换热。 4）散热器与功率器件相接触的安装平面处要光洁和平整，以便减小其接触热阻。 5）散热器的结构工艺性和经济性要好。
α 可根据下式得出：