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  • 如何提高点火IGBT的热性能

    如何提高点火IGBT的热性能

    更大的环境污染率和政府严格的车辆能效法规正在推动交通领域的新技术投资 图1.点火IGBT测试电路以及由此产生的IGBT栅极电压,集电极电流和耗散功率的简化示意图。 P1是导通状态的功率损耗,P2是放电周期的功率损耗 由于更大的污染和更严格的法规,电动和混合动力技术的研发包括了更高效的内燃机和替代燃料的开发。 尽管纯电动汽车被认为是消除汽车污染物的领先解决方案,但许多因素正在减缓其大规模采用。 当前,相比基于内燃机的车辆,电动车辆和混合动力电动车辆均比传统车辆更昂贵,而且电动车辆由于电池容量而具有距离限制。 给电池重新充电会因重新充电所需的小时数而导致行程明显延迟。 此外,与普遍存在的加油站相比,最大的障碍就是缺乏充电基础设施。 由于当前电动汽车技术的挑战,内燃机离成为一种过时的技术还有很长的路要走。为应对政府降低温室气体排放限值和更高里程标准的要求,制造商们正在开发体积较小,更高转数/分钟(RPM)并使用更稀薄的燃料混合物的内燃机和混合动力发动机。 较小的发动机体积可能需要开发较小的气缸。 为了维持适当的输出功率,需要更高的燃烧循环速率。 点火系统将需要在较高的开关频率下运行并承受较高的工作温度。 低负荷和中负荷下的稀释混合物需要使用更宽的火花间隙,以确保在燃烧过程开始时有足够的热传递。使用更宽的间隙需要更高的点火电路电压额定值来启动火花间隙中的电弧。 或者说,在压缩行程期间的直接喷射过程避免了混合物均质化并且在火花附近形成了富燃料区,同时保持总的混合物稀薄。这进一步提高了效率。燃油喷射必须在火花产生的时间和位置为燃烧发展创造有利条件。但是,火花附近的高局部和时间变化会损害点火系统,理想情况下,应包含较宽的点火空间(较大的电极间隙)和较长的点火时间。这些条件将需要较高的击穿电压和火花中更大的能量。 这些创新将对发动机的固态点火系统产生重大影响。点火系统的主要功率控制元件,点火绝缘栅双极晶体管(IGBT)将必须支持更高的能量,以达到新的发动机效率水平。点火IGBT也将需要更高的钳位电压来点燃稀薄的燃料混合物,并且将以更高的频率运行以在较小的发动机中产生更多的功率。 这些工作条件将增加IGBT的散热。 在这种情况下,与导通状态功率损耗直接相关的IGBT的集电极-发射极导通状态电压(Vce(ON))将具有更大的意义。具有较低Vce(ON)的点火IGBT需要用来降低功率损耗,从而实现较低的结温,同时保持较小的系统尺寸。 设计人员面临的挑战是如何选择合适的IGBT,以及如何在印刷电路板(PCB)布局中使用良好的技术。 设计人员必须选择具有足够功率处理能力和低开关功率损耗的IGBT。 这需要选择一个具有低Vce(ON)的点火IGBT,使导通状态功耗最小化。 设计人员还必须使用最佳的PCB焊盘,以消散由点火IGBT的较高功率状态产生的额外热量,并将热结点温度控制在器件规格范围内。 为了帮助设计工程师,电路保护,传感和功率控制产品制造商Littelfuse提供了定量数据(如下所示),以显示具有较低Vce(ON)的IGBT以及不同的散热PCB焊盘结构如何影响点火IGBT的热性能。 研究中使用了Littelfuse点火IGBT,该IGBT封装在用于大功率元件TO-252(也称为DPAK)的表面封装中,研究中还使用了另一家制造商的器件。 所有测试数据都是使用图1所示的测试台设置的简化图获得的。使用0.3mh的负载电感来模拟商用点火线圈泄漏电感的公共值。开关频率设置为33赫兹、50赫兹、80赫兹、100赫兹或150赫兹。保持时间,或点火IGBT处于接通状态的时间,设置成达到10安培的峰值电流。然后将被测器件(DUT)放置在图2中所示的一个不同的PCB板中,并保持工作10分钟,以确保稳态温度测量。 我们分析了五种类型的焊盘,以研究不同热传导路径对IGBT外壳温度的影响(图2)。焊盘类型为: -PCB开孔(PAD 0),其中没有从点火IGBT的集电极到PCB的热传导路径, -与DPAK封装IGBT面积相同的焊盘(PAD 1), -与DPAK封装的IGBT面积相同的焊盘,但包括从PCB顶部到底部的散热器(PAD 2), -焊盘具有对DPAK封装设备推荐的焊盘面积(设备面积的两倍),从PCB的顶部到底部没有散热器(PAD 3), -以及与PAD 3相同的布局,从PCB的顶部到底部具有散热器(PAD 4)。 图2.用于热分析的PCB焊盘布局 图3量化了较低的Vce(ON) 对热性能的影响。 比较中使用的点火IGBT是Littelfuse DPAK封装的NGD8201A(Vce(ON)typ<1.35V),和一款已商用的点火IGBT(Vce(ON)typ<1.5V),标注“点火IGBT A”。 选择这些器件是因为它们具有相似的电气和物理裸片特性以及相同的电流和能量额定值。 图3总结了以33 Hz和150 Hz的频率驱动点火IGBT时,每种不同的PCB焊盘布局所达到的稳态外壳温度。 无论使用哪种PCB焊盘,“点火IGBT A”的导通电压略高都会导致稳态温度略高。 正如预料的那样,这种影响在高开关频率下更为明显。 还要注意,使用不同的PCB焊盘会导致不同的稳态外壳温度。 图3.在33Hz和150Hz下工作的两个点火IGBT的稳态温度比较。 NGD8201A点火IGBT的Vce(ON)较低,因此所有焊盘配置的稳态温度均较低 图4进一步分析了使用不同PCB焊盘的影响,其中显示了考虑不同开关频率和焊盘时NGD8201A的稳态外壳温度。结果再次表明,使用较高的开关频率会导致较高的稳态温度。然而,焊盘对降低测量温度的影响特别重要,尤其是在高开关频率下工作时。例如,请注意当在150 Hz下工作时,当使用顶部和底部层(PAD 2)之间带有散热器的最小焊盘或具有推荐面积(两倍于DPAK的面积,PAD 3)的焊盘时,稳态温度是如何从~90°C降低到~70°C的。 图4.使用五种PCB PAD布局,获得不同开关频率下的NGD8201A顶部外壳稳态温度 为了更好地进行比较,对使用最小焊盘且在PCB顶部和底部之间有散热器(PAD 2)和建议的PAD面积为DPAK面积的两倍(PAD 3)时,在不同频率下获得的稳态外壳温度的图表进行了绘制 。结果表明,无论开关条件如何,这两个焊盘均可提供相同的平均散热能力。这在需要考虑尺寸的点火平台中特别重要。 图5.使用(PAD 2)和PAD 3布局配置,NGD8201A的稳态外壳温度在33 Hz至150 Hz的范围内运行。 结果几乎相同。 汽车行业正在设计更省油的内燃机,以应对更严格的政府法规对降低燃油消耗和减少二氧化碳排放的要求。新的发动机改进将需要能够维持更高能量和更高电压的点火系统,以点燃更稀薄的燃料混合物。点火IGBT将需要能够以更高的开关频率和更高的电压来支持更高的能量,以产生火花。 因此,IGBT将承受更高的工作温度。 选择具有较低Vce(ON)的IGBT并使用提供良好散热的适当PCB焊盘布局可以确保在内燃机恶劣环境下可靠运行。

    时间:2020-05-09 关键词: igbt 热性能 混合动力技术

  • LED产品的热性能解析

    LED产品的热性能解析

    在科技高度发展的今天,电子产品的更新换代越来越快,LED灯的技术也在不断发展,为我们的城市装饰得五颜六色。LED产品的热性能对于LED产品的光色电性能和可靠性、使用寿命影响很大,因此其热管理设计和测量十分重要。 与传统的测量整个器件的热性能不同,对热阻结构的分析和测量能够得到器件内部的热阻分布情况,从而更为全面地评价LED产品的热性能,并可准确找出热管理中的薄弱环节,对产品的二次设计发挥重要指导作用。本文详述了热阻结构测量的原理和最新技术进展,并采用我国自主研发的热阻测量设备对实际样本进行对比试验分析,得到了良好的分析结果。 1. 概述: LED固体光源具有效率高、寿命长,应用灵活、无污染等优点,目前已广泛应用于照明领域。然而LED所消耗的电能中,多数转化成了热能,使芯片温度明显升高,而温度对LED性能具有重要的影响,包括色温改变、效率下降、降低寿命和可靠性等。因此,提高LED热管理性能成为大功率LED结构设计中亟需解决的关键技术环节。 常用的LED热管理分析技术包括使用热设计软件仿真和使用热阻分析设备进行测量。前者通常用于LED的热管理设计;而后者着重于对实际样品的热阻测量和分析,以检验设计方案的实际效果和产品质量,并改进制造工艺或指导二次设计。 2. 热阻基本原理 LED的散热通过三种方式进行:热传导,对流,热辐射。在LED内部,热传导是主要的散热途径,其热传导性能取决于介质的热阻抗。热阻抗由热阻和热容共同决定。其中热阻的定义为: 。式中ΔT为温差,Rth为热阻,P为热功率。   如图1所示,将热流与电流相对应,电势与温度相对应,则热阻与电阻相对应,热容与电容相对应。对于任意的导热介质元,可以简化为一个R-C并联回路:     R-C并联回路模型 当热流经过该介质单元时,就会在两端形成温差。与电路类似,初始时热量将在热容中累积,两端温差逐渐增大,直至达到热平衡,此时的热阻通常所称的“稳态热阻”。而在器件达到热平衡之前,受热容和热阻共同影响,器件的结温不断变化,对应热阻也随时间变化,该热阻称为“瞬态热阻”。 对瞬态热阻的测量是热阻结构测量的基础。相信在未来的科学技术更加发达的时候,LED会以更加多种类的方式为我们的生活带来更大的方便,这就需要我们的科研人员更加努力学习知识,这样才能为科技的发展贡献自己的力量。

    时间:2019-10-07 关键词: 电源技术解析 热性能 led产品 光色电性能

  • LED照明的设计的几点小知识

    LED照明的设计的几点小知识

    在科技高度发展的今天,电子产品的更新换代越来越快,LED灯的技术也在不断发展,为我们的城市装饰得五颜六色。LED照明产品最关键的几个部分通俗的说就是配光、结构、电子,而配光、结构、电子用专业术语表达为:光性能、热性能、电性能。在此同时,配光尤为重要,不懂配光,就做不好LED照明,确定用谁的LED封装结构;接下来考虑怎样适应这些封装形式。 热性能(结构) 照明用的LED发光效率和功率的提供是LED产业的关键之一,在此同时,LED的PN结温度及壳体散热问题显得尤为重要。PN结温与灯体温度差异越大,那么热阻越大,随之光能被转换成热能白白消耗掉,严重时LED损坏。一个好的结构工程师,不仅要考虑灯具的结构与LED的热阻,还要考虑灯具的外形是否合理、时尚、新颖,当然还有可靠性和可维护性以及实用性,即要站在设计者的角度去思考,又要站在用户的角度去考量产品… 1、最短的热传到路径,减小热传导阻力;2、增大相互传导面积,增加热传到速度.3、合理的计算设计散热面积;4、有效的利用热容量效应。 目前上游龙企业,比如CREE已经可以做到的芯片光效可以达到130-150lm/W。但是LED结温高低直接影响到LED出光效率、器件寿命、可靠性、发射波长等。保持LED结温在允许的范围内,是大功率LED芯片制备、器件封装和器件应用等每个环节都必须重点研究的关键因素,尤其是LED器件封装和器件应用设计必须着重解决的核心问题。 现在主流的应用技术材质是用铝基板来封装,但是铝基板封装的芯片散热和光转换效率都存在技术核心瓶颈,不能有效地控制结温和稳定地维持高功率的光输出,并且应用会因为芯片光效越高,所需的铝基板面积就越大,会加大成本和应用体积,极为不便。所以如何走出此误区另辟新路是新的技术核心特点。在保持低成本和被动散热方式的前提下,利用高导热介质,通过崭新的器件/灯具整体结构,降低热阻,降低PN结结温,使PN结工作在允许工作温度内,保持最大量光子输出,其起码的要求如下: (1)超低热阻材料,快速散热整体结构技术;(2)高导热、抗UV封装技术;(3)应用低环境应力结构技术;(4)整体热阻<20K/W,结温<80度;(5)LED光源照明模组工作温度控制在65℃以下。 光性能(配光) LED的光学性能主要涉及到光谱、光度和色度等方面的性能要求。根据新制定的行业标准“半导体发光二极管测试方法”,主要有发光峰值波长、光谱辐射带宽、轴向发光强度角、光通量、辐射通量、发光效率、色品坐标、相关色温、色纯度和主波长、显色指数等参数。显示用的LED,主要是视觉的直观效果,因此对相关显色指数不作要求,而照明用的白光LED,色温、显色指数和照度就尤为重要,它是照明气氛和效果的重要指标,而色纯度和主波长一般没有要求。 目前全球LED行业内的主流做法是在封装LED芯片形成光源或光源模组以后,在做成灯具的时候再进行配光,这样采用的是原有传统光源的做法,因为传统光源是360°发光。如果要把光导到应用端,目前飞利浦的传统灯具做到最好的一款,光损失也达到40%。而我们国内众多的LED下游厂家应用的灯具光学参数其实都是芯片或者光源的光学参数,而不是整体灯具的的光学指标参数。 现在最先进的科学方法是在芯片封装上就做配光,一次把芯片的光导出来,维持最大的光输出,这样光损率只有5%-10%。随着技术的不断改进,光损率将会越来越低,光源的光效会越来越高。同样配有这样的光源灯具无需再做配光,相对的灯具效率将会大大提高,使之更为广泛地使用到功能性照明之中,形成相当规模的市场渠道。因此一个好的LED供应商,是我们当务之急,我们没必要花高代价去研究我们的LED如何去配光为好,也不需要花很多时间和经历让工程师去用软件仿真,最简单的方法就是让LED白光供应商来配合。要知道,我们的工程师如用软件去仿真,那么必需的动作就是输入和输出。输入即前期的数据导入,输出则仿真的结果,那么要求前期的数据必须准确无误后端的仿真才能正确。 电性能(电子) 如果把一个照明灯具比喻成一个少女,那么配光是她的内涵、结构则是她的容貌、电子就是她的心脏。(吸引人们眼球的总是那些外表美丽、时尚的美女们,产品亦是如此)。人没有心脏则没有生命,灯具没有电子则不成电源,一个好的驱动电源也能决定一个产品的寿命。电子方面的标准和参数往往要比结构复杂得多,前期的研发精力投入也比较大。目前的技术走向和更新是日新月异,一天一个样…工程师们得花很大的精力去学习、吸收、分解、应用新技术。电子设计的前期计划,中期实施,后期的成型整个过程需形成文件、形成数据这也是设计中最繁琐的事情。比如:一个电源设计时的一个前期方案,产品简介、标准规范依据、安全规格依据、电性能期望值、工艺要求、原材料评估、测试方法等等都要形成系统文件… LED电源作为LED灯的核心部件,犹如LED的心脏,LED驱动电源的好坏直接决定了LED灯具的好坏。首先,在结构设计上,室外LED驱动电源必须有严格的防水功能,否则,无法承受外界恶劣的使用环境。其次,LED驱动电源的防雷功能也致关重要。外界工作时难免遇到雷雨天气,如果驱动电源无防雷功能,将直接影响LED灯具寿命,增加灯具维护成本;最后,在原材料的选用上,其可靠性必须满足其寿命需求,功能特性需足够的好。目前LED芯片理论寿命大约是10万小时,而业界元器件寿件如要与之匹配,关键元器件的选择必须经过完善的DMT、DVT的验证管理,以保证长寿命及产品可靠性要求,否则电源寿命不够,灯具寿命也就无法实现。 20W以内市电驱动时48V左右比较合适;较大的功率市电驱动输出电压36V左右最合适;离线式照明大部分是12V和24V电压。 特点: 基于串并联安全考虑出负载合适的驱动电压值,尽量统一电压值减小电源设计规格成本;基于安规规定,产品设计要符合认证要求,流峰值超过42.4Vac或直流超过60Vdc的电压 ;从解决LED照明市场大规模上量的技术和品质问题考虑。LED驱动电源在节能、高效、寿命优于传统灯具,才能让LED真正做到节能降耗,促进产业的发展。 LED的散热(结构设计),是决定光通维持率,组件、设备安全的关键。LED配光(光学设计),是行业技术水平象征。掌握好以上技术,LED照明也就简单了。现在的LED灯或许会有一些问题,但是我们相信随着科学技术的快速发展,在我们科研人员的努力下,这些问题终将呗解决,未来的LED一定是高效率,高质量的。

    时间:2019-10-06 关键词: 电源技术解析 热性能 led照明产品 led封装结构

  • 功率器件热性能的主要参数

    功率器件热性能的主要参数

    在日常生活中,电子产品处处可见,大家都知道如何使用,但是都不会去了解电子产品里面有什么,其实里面很重要的是功率器件。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。 某功率器件 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。以上就是功率器件的一些相关知识,功率器件不断发展,这就需要我们的科研人员的不断努力,推动技术不断发展,让我们的电子产品更加高效。

    时间:2019-08-28 关键词: 电流 功率器件 电源技术解析 热性能

  • 采用简单精确的分析工具估测散热器的热性能参数

    散热器在工业领域使用得非常普遍。随着处理速度的提高和封装体积的不断缩小,散热器的热性能和选择所面临的挑战越来越艰巨。本文将介绍一款简单又精确的分析工具,工程师可以利用该工具检查影响散热器热性能的各个参数,从而帮助他们选择到合适的散热器。 图1:带散热器的倒装器件的传热。  散热器在工业领域使用得非常普遍。随着处理速度的提高和封装体积的不断缩小,散热器的热性能和选择所面临的挑战越来越艰巨。特别是在无管道空气流通的系统中,当散热器被放置于PCB上后,散热器的热传送能力就使散热器本身置于热量散发和空气流动这种独特的条件下。   图2:对通过平直散热片散热的空气流动应用计算型流体动力学仿真。散热片区域中过早的空气流通出口反而会影响热性能。 虽然散热器从结构上看非常简单,但在散热片区间内的空气流通以及散热片和周围环境之间的热量耦合已经成为一个相当复杂的问题。在实际选择散热器时人们常常只考虑整个器件的功耗,从不做详细的热分析。比如,工程师可能会通过上网或联系供应商寻找一个冷却15W器件用的散热器。但为给定应用找到有效的散热解决方案并不是想象中这样简单,应该充分考虑应用的具体特性。 本文将介绍一款简单又精确的分析工具,工程师可以利用该工具检查影响散热器热性能的各个参数,从而帮助他们选择到合适的散热器。 常听人问“散热器能散发多少热量?”,在开发能够回答这个问题的模型前,我们需要明确这个问题的实质。答案是,散发的最大热量取决于使用散热器后试图获得的器件表面温度。另外,由于器件的壳温也比较含糊,因此应该把器件的结温Tj作为主要考虑对象。明确结温后上述问题就容易回答了。 一体化模型 以平时常见的上面装有散热器的倒装BGA芯片为例,如图1所示。 采用在电子热管理中使用的标准封装电阻的定义: 图3:区域性流通指示。 Rja-结点到环境的热阻 Rjb-结点到板的热阻 Rjc-结点到外壳的热阻 Rcs-外壳到散热器的热阻 Rsa-散热器到环境的热阻 Rsp-扩散热阻 定义散热器热阻的等式如下所示,   其中, Afin等于散热片面积+散热片间的基本面积;Cp为定压比热;h为传热系数;m为总体流速;等于VfΔ; Vf为散热片区间内的流速;为散热片效率;为流动密度;Δ为贯穿横截面的散热片通道。 图4:结温是流速的函数。 传热系数(h)和Vf确定后再确定Rsa。传热系数可以根据等式2得到: 图5:结温是高度的函数。 Nu=2hs/k, L*=L/2DHReD DH-水力直径 k-流动导热性系数 ReD-雷诺数,等于(VfDH/μ s-散热片到散热片距离  下一步运算将得到Vf。然而我们必须意识到,计算通过开放通道(上面和侧面通过)中散热片区间的空气流动是相当复杂的,因为这里的空气流动呈高度三维的状态。散热片区间中过早的出口导致分析预测非常困难。图2作了演示,其中通过(传统的)平直散热片散热的空气流动CFD仿真明确地表明了流动的三维结构,并形象地示出了空气如何从开放通道系统(如典型的大多数应用)中的散热片流出去。 这里已经考虑了流动旁路V和通过散热片区间的空气流通Vf,如图3所示。 将能量守恒定律应用于散热器,                                                                                                                                                                                                                                                     图6:结温是长度的函数。   应用连续等式,并假定由散热片建立的通道中空气呈Poiseuille流动,那么就有下面的等式: 和 其中, Ad-管道横截面积 Af-散热片之间的通道截面积 S-散热片到散热片距离 L-空气流动方向的散热片长度 ΔPHS-散热压力下降 V-旁路流速 Vd-管道(接近流)流速 Vf-散热片之间的空气流速  图7:结温是流速和热导系数的函数。 图8:结温是的Rjb函数。 在给定Vd时,联解方程3、4、5可以得到Vf。如前所述,结温是考虑器件热完整性的真正标准,因此应该使用结点到环境的热阻Rja获得Tj表达式,它是许多参数的函数。 其中,Ta是器件/散热器的接近空气温度。扩散热阻值(Rsp)可以从[2]得到,Rsp来自于源和散热器之间的不同接触区域。这是散热器面积大于器件时的情况,如图1所示。或者如果散热器与源的面积相同,而热量没有均匀散发,此时得到的值将比正常热阻值大很多(源与散热器相同面积)而无法忽略不计。  等式6和等式1-5为我们提供了一个回答散热器能散多少热的通用工具,但我们仍要关注其它参数对Tj或Rsa的影响。这些参数包括散热器的高度、长度和基底面积、散热器材料、Rjb和Rjc、散热片数量以及从散热器散发的总热量。 结温是各种几何参数的函数 评估这些参数对无管道流通的散热器热性能影响的参数化研究工作目前正在进行中。图4到图12使用的不同参数值见表1所示。     图9:结温是的Rjc函数。 表1:被测案例所用参数的不同值。 下图4表明结温是风速的函数。从该图可以看出,在达到某一速度后(本例中约3米/秒),风速的提高已经不能有效地提高散热器性能。这要归因于传热系数水平和通过散热器的压力下降的增加,因此也表示模型的预测值与期望值有了较好的对应。 图5表示结温是散热片高度的函数。达到某一高度后散热片效率就会降低,从而减少通过增加散热片高度获得的热性能效率。在本例中将散热器高度从60mm增加到90mm对结温的改善只有1.5摄氏度。   图10:结温是散热片数量的函数。 图6表示结温是散热片长度的函数。长度在150mm后结温开始上升。在达到某个长度后随着散热片到散热片通道内空气温度和压力下降的增加,散热器性能将下降。达到这个关键长度后,空气温度将最终达到散热器的温度,因此不再有冷却的效果。 图7表示结温是散热器热导系数和风速的函数。本图清楚地表明在合理的风速范围内,从铝到铜虽然增加了热导系数,但对冷却的作用效果非常有限。这种情况下没有考虑扩散热阻的影响。 图8表示结温是结点到板热阻的函数。从本图可以看出,Rjb存在这样一个值,此时减少Rjb可以快速降低结温,但增加Rjb对结温的影响不大。 图9表示结温是结点到外壳热阻的函数。Rjc的减小对降低结温有很大的影响。它们的关系几乎是线性的,而且不会达到无温差的情况。 图10表示结温是散热片数量的函数。 将散热片数量增加到15个以上会使结温上升。即使表面积提高,也会引起散热器中更多的压力下降,从而降低空气流速。散热片的实际数量随空气流速而定。 图11:最大耗散是给定Rjb数值条件下(Tj=100C°)散热片数量的函数。 图11表示当Tj等于1,00摄氏度时,最大功耗在结点到板热阻的不同值处是散热片数量的函数。如前所述,当达到最大热量散发时散热片的数量就是最佳数量。本图也表明Rjb值不会对散热片的最佳数量有任何影响。 图12表示对于15×15mm固定面积的热源来说,结温是基底面积的函数。散热片间距离在所有尺寸下都保持不变。本图的重要结论是,与相同大小的散热器、但在散热器基底均匀散发热量相比,通过增加散热器尺寸、扩散热阻增加到70×70mm2基底尺寸以外的区域并不会明显降低结温。 本文小结 本文为带散热器的器件提供了一个完整的模型,利用该模型可以了解各种参数对结温的影响。对原型散热器的倾向性分析明确地说明了散热器对结温的影响,其中还存在诸多的问题。 图12:结温是基底面积的函数。 模型告诉我们,选择和应用散热器时只考虑散热器的热阻是不够的,还必须考虑结温的大小。包括器件与板的耦合方式在内有许多参数会影响热性能。作为一个例子,模型清晰地表明选择散热器时如果不考虑热量扩散,可能有12%的结温不被预测到。模型还表明常规功耗的器件使用更高导热系数的材料(如铜)没有太大的优势。此外,对于给定的结温和空气流速,散热器能够散发的总热量将是散热片数量和器件热特性Rjb和Rjc的函数。尽管如此,对于给定的Rjb,散热器的热导系数和散热片数量有一最佳值。本文讨论的模型和方法为设计和定义最佳适合特定应用场合的散热器提供了一种通用的手段。很明显,获得接近空气流速和温度是成功设计和选择散热器的重要手段。 参考文献 1. Tavassoli, B., “Heat Transfer Coefficient Correlation for High Performance Heat Sinks”, Internal memorandum, ATS-08876-99-01, Advanced Thermal Solutions, Inc., 1999. 2. Yovanovih, M.M., Muzychka, Y.S., and Culham, J.R., “Spreading Resistance of Isoflux Rectangles and Strips on Compound Flux Channels,” PP 1-9, AIAA, 1998.  

    时间:2012-03-27 关键词: 分析 参数 散热器 热性能

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