熱阻的理論知識

2021-09-11 15:06:06 字數 2979 閱讀 7426

熱的三種傳導方式:熱輻射、熱傳導、熱對流

熱阻指的是當有熱量在物體上傳輸時,在物體兩端溫度差與熱源的功率之間的比值。單位為開爾文每瓦特(

k/w)或攝氏度每瓦特(℃/w

)。 當有熱量在物體上傳輸時,在物體兩端溫度差與熱源的功率之間的比值,單位為開爾文每瓦特(

k/w)或攝氏度每瓦特(℃/w

),即

上式中,

t1為物體一端的溫度、

t2為物體另一端的溫度,以及

p為發熱源的功率。 1

、當熱量在物體內部以

熱傳導的方式傳遞時,遇到的阻力稱為

導熱熱阻。 2

、當熱量流過兩個相接觸的固體的交介面時,介面本身對熱流呈現出明顯的熱阻,稱為

接觸熱阻。

比如在pcba

中,貼片在

pcb上晶元首先產生的熱量通過接觸,將熱量傳到

pcb上,晶元與

pcb之間為接觸熱阻;同時熱量在

pcb也能夠傳導,

pcb本身為導熱熱阻。

熱量在熱流路徑上遇到的阻力,反映介質或介質間的傳熱能力的大小,表明了

1w熱量所引起的

溫公升大小,單位為℃/w

或k/w

。用熱功耗乘以熱阻,即可獲得該傳熱路徑上的溫公升。可以用乙個簡單的模擬來解釋熱阻的意義,換熱量相當於電流,溫差相當於電壓,則熱阻相當於電阻。 熱阻

rja:晶元的熱源結(

junction

)到周圍冷卻空氣(

ambient

)的總熱阻

,乘以其發熱量即獲得器件溫公升。 熱阻

rjc:晶元的熱源結到封裝外殼間的熱阻,乘以發熱量即獲得結與殼的溫差。 熱阻

rjb:晶元的結與

pcb板間的熱阻,乘以通過單板導熱的散熱量即獲得結與單板間的溫差。

一般,熱阻公式中,

tcmax =tj - p*rjc

的公式是在假設散熱片足夠大而且接觸足夠良好的情況下才成立的,否則還應該寫成

tcmax =tj - p*(rjc+rcs+rsa). rjc

表示晶元內部至外殼的熱阻,

rcs表示外殼至散熱片的熱阻,

rsa表示散熱片的熱阻,沒有散熱片時,

tcmax =tj - p*(rjc+rca)

。rca

表示外殼至空氣的熱阻

.一般使用條件用

tc =tj - p*rjc

的公式近似。

廠家規格書一般會給出

rjc,

p等引數。一般p是在

25度時的功耗

.當溫度大於

25度時,會有乙個降額指標。

舉個例項:

一、**管

2n5551

規格書中給出

25度(

tc)時的功率是

1.5w(p)

,rjc

是83.3℃/w

。此代入公式有:

25=tj-1.5*83.3

,可以從中推出tj為

150度。晶元最高溫度一般是不變的。所以有

tc=150-ptc*83.3

,其中ptc

表示溫度為

tc時的功耗

.假設管子的功耗為

1w,那麼,

tc=150-1*83.3=66.7

度。注意,此管子

25度(

tc)時的功率是

1.5w

,如果殼溫高於

25度,功率就要降額使用

.規格書中給出的降額為

12mw/

度(0.012w/

度)。我們可以用公式來驗證這個結論

.假設溫度為

tc,那麼,功率降額為

0.012*(tc-25

)。則此時最大總功耗為

1.5-0.012*(tc-25

)。把此時的條件代入公式得出:

tc=150-

(1.5-0.012*(tc-25

))×83.3

,公式成立

. 一般情況下沒辦法測

tj,可以經過測

tc的方法來估算

ttj,公式變為:

tj=tc+p*rjc。

同樣以2n5551為例.

假設實際使用功率為

1.2w

,測得殼溫為

60度,那麼:

tj=60+1.2*83.3=159.96

此時已經超出了管子的

最高結溫

150度了!按照降額

0.012w/

度的原則,

60度時的降額為(

60-25

)×0.012=0.42w,1.5-0.42=1.08w.

也就是說,殼溫

60度時功率必須小於

1.08w

,否則超出最高結溫

.假設規格書沒有給出

rjc的值,可以如此計算:

rjc=(tj-tc)/p

,如果也沒有給出

tj資料,那麼一般矽管的

tj最大為

150至

175度

.同樣以

2n5551

為例。知道

25度時的功率為

1.5w

,假設tj

為150

,那麼代入上面的公式:

rjc=

(150-25

)/1.5=83.3

如果tj

取175

度則rjc=

(175-25

)/1.5=96.6

所以這個器件的

rjc在

83.3

至96.6之間.

如果廠家沒有給出

25度時的功率

.那麼可以自己加一定的功率加到使其殼溫達到允許的最大殼溫時,再把資料代入:

rjc=(tjmax-tcmax)/p

有給tj

最好,沒有時,一般矽管的tj取

150度。

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