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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