整流桥在不同散热方式下的散热分析-李泉明

单向导通功能，把交流电转换成单向的直流脉动电压。对一般常用的小功率整流桥（如：RECTRONSEMICONDUCTOR的RS2501M）进行解剖会发现，其内部的结构如图2所示。

该全波整流桥采用塑料封装结构（大多数的小功率整流桥都是采用该封装形式）。桥内的四个主要发热元器件——二极管被分成两组分别放置在直流输出的引脚铜板上。在直流输出引脚铜板间有两块连接铜板，他们分别与输入引脚（交流输入导线）相连，形成我们在外观上看见的有四个对外连接引脚的全波整流桥。由于该系列整流桥都是采用塑料封装结构，在上述的二极管、引脚铜板、连接铜板以及连接导线的周围充满了作为绝缘、导热的骨架填充物质——环氧树脂。然而，环氧树脂的导热系数是比较低的（一般为0.35℃W/m，最高为2.5℃W/m），因此整流桥的结--壳热阻一

阻为：

故，通过整流桥引脚这条传热途径的热阻为：

比较上述两种传热途径的热阻可知：整流桥通过壳体表面自然对流冷却进行散热的热阻

（W C R case ja /53.88,=）是通过引脚进行散热这种散热途径的热阻（W C R case ja /5.60,=）的1.5倍。于是我们可以得出如下结论：在自然冷却的情况下，整流桥的散热主要是通过其引脚线（输出引脚正负极）与PCB 板的焊盘来进行的。因此，在整流桥的损耗不大，并用自然冷却方式进行散热时，

我们可以通过增加与整流桥焊接的PCB 表面的铜覆盖面积来改善其整流桥的散热状况。 同时，我们可以根据上述的两条传热途径得到整流桥内二极管结温到周围环境间的总热阻，即： 其实这个热阻也就是生产厂家在整流桥等元器件参数表中的所提供的结—环境的热阻。并且在自然冷却的情况，也只有该热阻具有实在的参考价值，其它的诸如R jc 也没有实在的计算依据，这

需求，当整流桥自带散热器进行强迫风冷来实现其散热目的时，该种情况下的散热途径如下图所示：

图4、带散热器强迫风冷时的散热途径

对比整流桥自然冷却和带散热器的强迫风冷散热这两种散热途径，可以发现其根本的差异在于：散热器的作用大大地改善了整流桥壳体与环境间的散热热阻。如果忽约散热器与整流桥间的接触热阻，则结合整流桥不带散热器的传热分析，我们可以得到整流桥带散热器进行冷却的各散热途

径热阻分别如下：

（1）、整流桥壳体表面散热热阻

a)整流桥正面壳体的散热热阻：

同不带散热器的强迫风冷一样：W C R R R ca f jc front ja /3.807.666.13,,=+=+=

b)整流桥背面壳体的散热热阻：

假设忽约整流桥与壳体的接触热阻，则：0.0sin ,=k Heat c R ；选择散热器与环境间热阻的典

型值为：W C R a k Heat /5.1,sin =，于是：

则整流桥通过壳体表面散热的总热阻为：

（2）、流桥通过引脚散热的热阻：

此时的热阻同整流桥不带散热器进行强迫风冷时的情形一样，于是有：

于是我们可以得到，在整流桥带散热器进行强迫风冷时的散热总热阻为上述两个传热途径的并联热阻： 仔细分析上述的计算过程和各个传热途径的热阻数值，我们可以得出在整流桥带散热器进行强迫风

冷时的如下结论：

，--

忽约整流桥引脚的传热量，则通过整流桥背面的传热量为：

由于在整流桥壳体表面上的两个传热途径上（壳体正面、壳体背面）的热阻分别为：

根据热阻的定义式有：

所以：

由上式可以看出：整流桥的结温与壳体正面的温差远远小于结温与壳体背面的温差，也就是说，实际上整流桥的壳体正表面的温度是远远大于其背面的温度的。如果我们在测量时，把整流桥壳体正面温度（通常情况下比较好测量）来作为我们计算的壳温，那么我们就会过高地估计整流桥的结温了！

那么既然如此，我们应该怎样来确定计算的壳温呢？由于整流桥的背面是和散热器相互连接的，并且热量主要是通过散热器散发，散热器的基板温度和整流桥的背面壳体温度间只有接触热阻。一般而言，接触热阻的数值很小，因此我们可以用散热器的基板温度的数值来代替整流桥的壳温，这样不仅在测量上易于实现，还不会给最

在

温差。

处却只有

差的FR4

同时，

的放置不同，得到的结果其离散性很差这一原因。

图8是整流桥内部热源中间截面的温度分布。由该图也可以进一步说明，在整流桥内部由于器封装材料是导热性能较差的FR4，所以其内部的温度分布极不均匀。我们以后在测量或分析整流桥或相关的其它功率元器件温度分布时，应着重注意该现象，力图避免该影响对测量或测试结果

产生的影响。

图8、整流桥热源截面温度分布

六、结论

通过前面对整流桥三种不同形式散热的分析并结合对一整流桥详细的仿真模型的分析结果，我

们可以得出如下结论：

1、在计算整流桥的结温时，其生产厂家所提供的R jc(强迫风冷时)是指整流桥的结与散热器相接触

的整流桥壳体表面间的热阻；

2、器件参数中所提供的R ja是指该器件在自然冷却是结温与周围环境间的热阻；

3、对带有散热器的整流桥且为强迫风冷散热地壳温测量时，应该采用与整流桥壳体相接触的散热器表面温度作为计算的壳温，必要时可以考虑整流桥与散热器间的接触热阻。不应该采用整流桥壳体正面上的温度作为计算的壳温，不然将会引起较大的正向误差。

本文仅仅是对现已解剖的整流桥进行分析从而得出上述结论，但是本文的分析结果也能够应用