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电力电子器件热传导中的“热阻”

igbt

2012/07/12

其他仪器综合讨论

　　前几天提出了要重视电力电子装置的冷却设计的看法。目的是想把此问题深入进行讨论，以便得出一个基本一致的结论。为让更多的网友参与，不得不要复习一下最基本的原理。

　　散热的基本原理

　　一个工作中的电力电子器件由于种种原因本身要发热。如何驱散掉这些热呢?人们发明了“散热器”，实际上它是一种热交换器。把器件的发热面与散热器平面紧贴一起，热就从器件传到温度较低的散热器上，然后通过流动的空气、水或其他介质吸收散热器上的热并把它带走。此时，我们可以看到存在着一条热流通道，它是从热源——发热的器件芯片开始到带走热的介质为止。如果在这条热流通道中固体部分用的是高导热系数材料、流体部分又是热容高的材料，那么热就散的快，也就是热流遇到的阻力小。这里提出了一个“热阻”概念。如用R表示：

　　热阻： R= (Td - Ta)/P

　　Td是发热点d点温度、Ta是周围流动介质a点温度、P是发热点的发热功率。在此，热流是由d点向a点流动，Td > Ta ，此时R即为d点到a点热阻。

　　在电力电子器件中，设芯片温度为：Tj、流动介质温度为Ta

　　热阻： Rja = (Tj - Ta)/P

　　当Ta为一定，发热功率P恒定时,热阻Rja 越小，芯片温度Tj也越小。

　　Rj-a 由三部分热阻叠加。ⅰ，芯片到器件外壳，热阻为Rjc;ⅱ，由器件外壳到散热器，热阻为Rcs;ⅲ，散热器到周围介质，热阻为Rsa

　　Rja = Rjc + Rcs + Rsa

　　第一项由器件制造者设计决定，第二项很小，装置设计者要考虑的就是第三项：Rsa

　　为叙述方便，先从强迫空气冷却(风冷)说起。

　　在风冷条件下Rsa 由以下几个因素决定：

　　ⅰ，散热器材质的热导率越大越好;

　　ⅱ，散热器与空气接触面面积越大越好;

　　ⅲ，风速大比小好;

　　但要注意的是：风机吹出的风是流体，同样遵循流体运动原理。即前方阻力小风速就大，流量增大;前方阻力大，风速就小，流量减小，有如并联电路的欧姆定律。所以不能用减小散热片的间距多加翅片，来单纯达到加大散热器的表面积的效果。因为间距一小，空气阻力增加，风在间隙处很难进去。此时，如在散热器周边没有阻挡物，大量的风就从周边通过。间隙内的风速很小，风量也不大，达不到冷却的目的。

　　文章来源：中国电力电子朱英文：高级工程师，中国电力电子产业网特约顾问

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wccd1

第1楼2015/03/22

铝、铜的热阻比较小。

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