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風(fēng)冷散熱對(duì)器件散熱的應(yīng)用
風(fēng)冷散熱對(duì)器件散熱的應(yīng)用【1】
摘 要：隨著工業(yè)產(chǎn)品的快速發(fā)展，產(chǎn)品的散熱顯得尤為重要。
文章選擇風(fēng)冷散熱器來(lái)進(jìn)行研究，簡(jiǎn)單闡明了散熱設(shè)計(jì)中的散熱計(jì)算、散熱器選擇、風(fēng)冷散熱計(jì)算和風(fēng)扇選擇等步驟，完成簡(jiǎn)單的風(fēng)冷散熱器設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：散熱計(jì)算，散熱器，風(fēng)冷散熱，風(fēng)扇
1 概 述
伴隨著現(xiàn)代高科技工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，電子電氣類(lèi)產(chǎn)品集成度不斷地提高，產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的也越來(lái)越緊湊，但是任何的器件在工作時(shí)都存在一定的損耗，而且其中大部分的損耗是變成熱量消耗掉，甚至這部分熱能還為設(shè)備的使用壽命埋下隱患。
部分功率器件由于功率小或散熱速度足以抵消熱量產(chǎn)生，故不需要散熱裝置。
而其他大功率的器件若不采取合適的散熱措施，則可能致使器件的溫度超過(guò)允許的結(jié)溫，使得器件遭受損壞[1]。
所以我們常常將功率器件安裝在合適的散熱器上，利用散熱器的翅片的工作，將大部分的熱量用較快的速度散到更大的空間中去，必要時(shí)在流通通道中加裝風(fēng)扇，強(qiáng)迫空氣對(duì)流起來(lái)加速熱量耗散，或者利用水冷、油冷等其他強(qiáng)迫散熱手段。
散熱并不是隨意而為之，必須經(jīng)過(guò)合理的熱量計(jì)算，選擇合適的散熱器和強(qiáng)迫散熱手段。
在此以風(fēng)冷散熱為對(duì)象來(lái)進(jìn)行研究。
2 散熱器散熱的計(jì)算
我們將一些大功率器件安裝在合適的散熱器上，而熱量在傳遞過(guò)程中，往往形成一定熱阻，散熱器安裝上后卻能使產(chǎn)生的熱阻大大減小。
而熱量總是向著熱阻最小的方向流動(dòng)，所以功率器件上的熱量基本是通過(guò)散熱器上散發(fā)出去的。
只有很少的熱量從器件其他方向散發(fā)出去。
故設(shè)定由器件管芯到底部的熱阻為RJC，器件底部與散熱器接觸的熱阻為RCS，散熱器散熱的熱阻為RSA，器件的最大功率損耗為PD，并已知器件允許的結(jié)溫為T(mén)J、環(huán)境溫度為T(mén)A，忽略其他熱阻[2]，則總熱阻為：
RJA=RJC+RCS+RSA≤(TJ-TA)/PD
則允許最大散熱器散熱的熱阻RSA為：
RSA≤(TJ-TA)/PD-(RJC+RCS)
計(jì)算要以最大余量來(lái)考慮，所以設(shè)TJ=125 ℃，環(huán)境溫度TA=40～60 ℃，RJC的大小和管芯的尺寸封裝結(jié)構(gòu)有關(guān)，這一點(diǎn)很多廠家說(shuō)明中都有提到，還可以通過(guò)廠家提供的器件樣本數(shù)據(jù)中查到。
其中RCS的大小常常和安裝技術(shù)以及大功率器件的封裝方式有關(guān)，器件與散熱器間涂了導(dǎo)熱油脂的RCS典型值為0.10.2 ℃/W。
PD可根據(jù)不同器件的工作條件計(jì)算而得。
如此將RSA最大值計(jì)算出來(lái)，再通過(guò)查散熱器的產(chǎn)品手冊(cè)，找出合適的散熱器即可。
需要注意的是，以上計(jì)算值選值只作為參考意見(jiàn)，實(shí)際數(shù)值選擇視實(shí)際工作環(huán)境而定。
3 散熱器概要
功率器件常用的散熱器分為三種類(lèi)型：平板散熱器、型材散熱器和叉指型散熱器。
散熱器一般來(lái)說(shuō)都是標(biāo)準(zhǔn)件制造，國(guó)產(chǎn)型材散熱器常見(jiàn)型號(hào)為XC、DXC、XSF系列。
型材散熱器在工業(yè)中較為常用，一般都是鋁制品，其散熱面積比較大。
而叉指型散熱器有散熱體積小、對(duì)流效果好、重量輕便于攜帶和安裝等優(yōu)點(diǎn)。
國(guó)產(chǎn)叉指型散熱器往往可以根據(jù)用戶可根據(jù)要求，切割成需要的長(zhǎng)度，來(lái)制成非標(biāo)散熱器，常見(jiàn)的國(guó)產(chǎn)叉指型散熱器的型號(hào)為SRZ系列。
散熱器到環(huán)境的熱阻隨著散熱器上的最大功率損耗PD增大而略微下降，因?yàn)楫?dāng)PD增大時(shí)，散熱器上溫升(TJ -TA)也會(huì)變大，從而使散熱器的輻射散熱和對(duì)流散熱的散熱能力增強(qiáng)，故表現(xiàn)為熱阻呈下降趨勢(shì)。
注意如果器件內(nèi)部電路與散熱器之間不是絕緣的，則可以安裝云母墊片來(lái)進(jìn)行絕緣，可以防止短路的發(fā)生。
如果在使用過(guò)程中器件的引腳，需要穿過(guò)散熱器，那么久要在散熱器上要鉆孔，此時(shí)可以套上聚四氟乙稀套管，來(lái)防止引腳與孔壁相碰。
散熱器要保持接觸面光潔，要遠(yuǎn)離電源變壓器、大功率晶體管等熱源，可通過(guò)將散熱器處理成黑色來(lái)提升散熱效率。
4 風(fēng)冷散熱計(jì)算
運(yùn)用風(fēng)扇對(duì)散熱器進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流散熱，可以更好地保證熱量快速擴(kuò)散。
在此，首先根據(jù)風(fēng)速進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)。
設(shè)定需要散熱熱量為PD，空氣密度為ρ，熱容量為Cp，空氣體積流量為Q，進(jìn)氣溫度為T(mén)i，排氣溫度為T(mén)o。
則風(fēng)速計(jì)算如下式：
PD=ρCpQ(To-Ti)
其中，ρ，Cp取標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下通用值，(To-Ti)取10～15 ℃，PD取功率損耗最大值，則可求出Q值。
另外，設(shè)氣流通過(guò)面積為A，空氣流速為v，則：
v=Q/A
一般來(lái)說(shuō)，風(fēng)扇的參數(shù)是在理想狀態(tài)下標(biāo)定的，故實(shí)際運(yùn)用中，風(fēng)扇要承受更多的阻力等影響，所以實(shí)際選擇風(fēng)扇參數(shù)時(shí)，一般使實(shí)際計(jì)算值等于風(fēng)扇額定值的60%～80%左右。
5 風(fēng)扇與散熱器之間距離影響
在功率器件強(qiáng)迫吹風(fēng)冷卻情形下，由于吹風(fēng)引起的風(fēng)扇旋渦存在，導(dǎo)致散熱器與風(fēng)扇間的距離對(duì)其流場(chǎng)均勻度影響較大，當(dāng)散熱器與風(fēng)扇間的距離足夠大時(shí)，風(fēng)扇旋渦對(duì)流場(chǎng)的影響較小(從理論上講)，然而在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，一方面往往由于受設(shè)計(jì)體積的限制，不可能允許散熱器與風(fēng)扇間的距離太大，另一方面，風(fēng)扇與散熱器距離如果過(guò)大，減弱了風(fēng)扇的散熱效果，也影響了散熱器的功效，故在有限的空間進(jìn)行合理的距離調(diào)試是必要的。
如果在有軟件輔助的基礎(chǔ)上，利用FLOTHERM熱仿真分析軟件，通過(guò)合理控制熱設(shè)計(jì)冗余，可以得出一個(gè)較合理的風(fēng)扇與散熱器的距離，為電源產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供借鑒[3]。
或者選用最基本的多點(diǎn)測(cè)試方法，具體如下：
在散熱器表面和翅片上黏貼一些溫度傳感器(如熱電偶)。
設(shè)風(fēng)扇與散熱器之間的距離為L(zhǎng)，假設(shè)L的變化范圍是0～25 cm，則散熱器不變，移動(dòng)風(fēng)扇，變換L值。
一般移動(dòng)2～3 cm測(cè)量一次溫度。
將同一點(diǎn)的傳感器所測(cè)量的溫度進(jìn)行比較，尋找最低溫度所對(duì)應(yīng)的風(fēng)扇位置。
當(dāng)然這種測(cè)試方法比較原始，在某些環(huán)境下測(cè)量并不是很明顯。
比如L的可變范圍比較小，雖然在一定范圍內(nèi)L越大，散熱越均勻，散熱效果應(yīng)該越好，但由于距離短，如果測(cè)試精度低，可能測(cè)得的數(shù)據(jù)變化并不明顯。
其次，在較為密閉和比較開(kāi)放的空間，散熱效果的變化也會(huì)差異很大。
另外，散熱器越大，對(duì)應(yīng)散熱風(fēng)扇越大，散熱器和風(fēng)扇間的最佳距離也會(huì)跟隨變大。
6 結(jié) 語(yǔ)
對(duì)風(fēng)冷散熱器的設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)散熱計(jì)算、散熱器選擇、風(fēng)冷散熱計(jì)算和風(fēng)扇選擇等步驟，散熱器和風(fēng)扇之間的距離也要適當(dāng)調(diào)節(jié)。
另外還可以對(duì)散熱器散熱分布等進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)軟件對(duì)散熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真。
從而達(dá)到一個(gè)在特定條件下最優(yōu)的散熱解決方案。
參考文獻(xiàn)：
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風(fēng)冷半導(dǎo)體空調(diào)的散熱實(shí)驗(yàn)【2】
【摘 要】為了進(jìn)行試驗(yàn)，我們假設(shè)由兩組半導(dǎo)體模塊組成的半導(dǎo)體空調(diào)系統(tǒng)，制冷空間為850 mm×850 mm×850 mm，性能系數(shù)COP為0.80，整個(gè)系統(tǒng)輸入功率為200 W。
試驗(yàn)結(jié)果表明，半導(dǎo)體熱電堆存最合適的儲(chǔ)冷塊厚度是10 mm，在12 V、2.8 A工況下，TEC1-12708型半導(dǎo)體制冷片可以得到較大的實(shí)際制冷量。
【關(guān)鍵詞】風(fēng)冷半導(dǎo)體空調(diào);散熱;實(shí)驗(yàn)
本文將對(duì)有無(wú)儲(chǔ)冷塊或儲(chǔ)冷塊的厚度對(duì)半導(dǎo)體制冷器熱端強(qiáng)制風(fēng)冷散熱的影響進(jìn)行探討，以期找到能使熱電制冷的綜合性能達(dá)到最優(yōu)的儲(chǔ)冷塊。
1 半導(dǎo)體制冷模塊
確定實(shí)驗(yàn)臺(tái)所采用用的鋁塊厚度是實(shí)驗(yàn)的前提準(zhǔn)備工作。
圖1是單元模塊實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)示意圖，通常情況下，實(shí)驗(yàn)中采用的儲(chǔ)冷塊分別為10mm和20mm。
在每次實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了減少變量，半導(dǎo)體制冷片及風(fēng)機(jī)功率不變。
我們這次實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕菫榱吮葘?duì)單元模塊加以下哪種儲(chǔ)冷塊更合適。
�、俨患觾�(chǔ)冷塊;②10mm厚度的儲(chǔ)冷塊;③20mm厚度的儲(chǔ)冷塊。
2 單元模塊實(shí)驗(yàn)
2.1 不加儲(chǔ)冷塊
圖2是在12、14、16、18、20、22 V的電壓下，冷風(fēng)溫度隨時(shí)間變化的曲線，這次不加儲(chǔ)冷塊。
經(jīng)過(guò)對(duì)圖2的觀察，我們知道在4min之前， 下降很快，當(dāng)隨著時(shí)間的增加溫度開(kāi)始回升。
并且，電壓為14 V時(shí)，冷風(fēng)溫度已達(dá)到最低，也就是說(shuō)溫度和電壓不是成反比的關(guān)系。
2.2 加10mm厚度的儲(chǔ)冷塊
圖3是在加10mm厚度的儲(chǔ)冷塊的情況下，冷風(fēng)溫度隨時(shí)間變化的曲線。
在10、12、14、16、18、20 V的電壓下，有不同的曲線走勢(shì)。
經(jīng)過(guò)對(duì)圖3的觀察，我們知道在9 min之前， 下降很快，以后溫度穩(wěn)定下來(lái)。
并且，在這種情況下，電壓為12 V時(shí)，冷風(fēng)溫度達(dá)到最低。
經(jīng)過(guò)和圖2的比對(duì)我們發(fā)現(xiàn)，溫度平衡后更加穩(wěn)定，但降到最低溫度所需的時(shí)間更長(zhǎng)。
2.3 加20mm厚度的儲(chǔ)冷塊
圖4是在12、14、16、18、20 V的電壓下，冷風(fēng)溫度隨時(shí)間變化的曲線，這次加20mm厚度的儲(chǔ)冷塊。
經(jīng)過(guò)對(duì)圖4的觀察，我們知道在10 min之前， 下降很快，以后溫度開(kāi)始穩(wěn)定。
并且，在這種情況下，電壓為16 V時(shí)，冷風(fēng)溫度降低幅度減小。
經(jīng)過(guò)和圖2的比對(duì)我們發(fā)現(xiàn)，溫度平衡后更加穩(wěn)定，但降到最低溫度所需的時(shí)間更長(zhǎng)。
3 單元模塊對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果
圖5～8是熱端溫度在單元模塊中不加儲(chǔ)冷塊，加10 mm厚儲(chǔ)冷塊、加20 mm厚儲(chǔ)冷塊的工況下隨時(shí)間變化的曲線圖，電壓(12、14、16、18 V)不同，曲線變化也不盡相同。
通過(guò)對(duì)圖5～8的觀察對(duì)比，我們知道，儲(chǔ)冷塊厚度與冷風(fēng)溫度并不是成反比的關(guān)系，反而隨著儲(chǔ)冷塊厚度的增加，熱端溫度逐漸升高。
這是因?yàn)榧觾?chǔ)冷塊后，冷端散熱器和熱端散熱器之間的距離變大，導(dǎo)致半導(dǎo)體制冷片熱端產(chǎn)生的熱量和冷端產(chǎn)生的冷量無(wú)法及時(shí)散出。
同時(shí)，冷端散熱器得到熱端散熱器以輻射等方式傳遞過(guò)來(lái)的大量的熱，導(dǎo)致冷端溫度居高不下，而熱端散熱器把大量的熱傳給冷端散熱器后，熱端散熱片溫度相對(duì)較低。
4 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們知道，熱端散熱器離冷端散熱器越遠(yuǎn)，冷端散熱器所接收到的由熱端散熱器傳遞的熱量就越少，而儲(chǔ)冷塊更加大熱端散熱器與熱端散熱器之間的距離，所以應(yīng)該加儲(chǔ)冷塊。
并且，加儲(chǔ)冷塊后，能明顯降低熱端對(duì)半導(dǎo)體制冷片冷端產(chǎn)生冷量的影響，也就是說(shuō)，加儲(chǔ)冷塊可以使冷端風(fēng)溫度更低。
綜合考量來(lái)看，采用10mm儲(chǔ)冷塊，在12V的電壓下，不僅能保證以較小的功率得到較優(yōu)的制冷效果，還能保證穩(wěn)定性，達(dá)到最佳的綜合性能。
參考文獻(xiàn)：
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[2]秦鋒，等.太陽(yáng)能半導(dǎo)體空調(diào)的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值分析[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007
機(jī)電工程中功率器件的散熱研究【3】
【關(guān)鍵詞】功率器件;散熱
1.散熱器基礎(chǔ)
作為散熱器的鋁合金型材，通常采用的是6000系列鎂硅鋁合金，其供應(yīng)狀態(tài)包括T4、T5、T6。
模塊的散熱器選配，其散熱器主要選用6063鋁合金型材。
在眾多的鋁合金材料中，6063的導(dǎo)熱系數(shù)是較高的，達(dá)到209 W/mK，與純鋁的導(dǎo)熱系數(shù)237 W/mK比較接近。
其抗拉強(qiáng)度適中，厚度可小于6 mm。
供應(yīng)狀態(tài)T5系由高溫成型過(guò)程冷卻后，不經(jīng)過(guò)冷加工(可進(jìn)行矯直、矯平，但不影響力學(xué)性能極限)，型材變形系數(shù)小，硬度一般，適宜作為功率器件的散熱器。
平板器件作為大電流的半導(dǎo)體器件，散熱器是作為電極導(dǎo)電的，表面不宜進(jìn)行氧化處理。
2.選配散熱器的原則
散熱器的選取原則，應(yīng)使模塊芯片的實(shí)際工作結(jié)溫低于芯片的最高允許結(jié)溫。
無(wú)論是連續(xù)工作制還是短時(shí)工作制，都不允許器件超結(jié)溫。
晶閘管結(jié)溫不超過(guò)125℃(398.15K)，整流管結(jié)溫不超過(guò)150℃(423.15K)。
模塊在使用時(shí)，必須配備適當(dāng)?shù)纳崞鳌?/p>
為保證功率半導(dǎo)體器件正常工作，散熱條件至關(guān)重要，主要涉及環(huán)境溫度、空氣流動(dòng)、環(huán)境污染程度等情況。
隨著環(huán)境溫度的升高，器件P-N結(jié)到散熱器的溫差變小，嚴(yán)重影響散熱效果。
空氣流動(dòng)越通暢，散熱器向環(huán)境散熱就越快，反之則散熱變慢。
環(huán)境污染越嚴(yán)重，散熱器上覆蓋的灰塵就會(huì)越多，不僅為散熱器向環(huán)境散熱增加了一個(gè)阻擋層，也使得散熱風(fēng)機(jī)的葉片結(jié)垢而影響轉(zhuǎn)速，會(huì)嚴(yán)重影響散熱效果。
器件工作的空間大小也與散熱有關(guān)，狹小的空間會(huì)造成熱量聚積，減小模塊到散熱器的溫度梯度，影響散熱。
因此，要注意保持環(huán)境的清潔，設(shè)備上的灰塵也應(yīng)及時(shí)清理。
晶閘管模塊的熱阻與功耗計(jì)算，按以下經(jīng)驗(yàn)公式：
Rja= (Tj-Ta)/ PT(AV)=Rjc+Rch+Rha (1)
PT(AV)=VTOITAV+rTIeq RMS (2)
或 PT(AV)=(0.785VTM+0.215VTO)ITAV (3)
式中：
PT(AV)――模塊芯片耗散功率
IRMS――通態(tài)電流交流有效值
ITAV /IFAV――晶閘管/整流管通態(tài)平均電流
rT /rF――晶閘管/整流管斜率電阻
VTM /VFM――晶閘管/整流管通態(tài)峰值電壓
VTO /VFO――晶閘管/整流管閾電壓(門(mén)檻電壓)
Rch――模塊基板與散熱器的接觸熱阻
Rja――芯片與環(huán)境間熱阻(總熱阻)
Rjc――模塊結(jié)殼熱阻
Rha――散熱器熱阻
Ta――模塊使用環(huán)境溫度
Tc――模塊基板溫度(殼溫)
Tj――P-N結(jié)溫度
3.連續(xù)工作制的散熱器選配
連續(xù)工作制的半導(dǎo)體器件，選配散熱器要充分考慮影響熱傳導(dǎo)的各種因素。
散熱器的選配只能是半定量計(jì)算，環(huán)境溫度、散熱空間、灰塵、空氣流速等環(huán)境因素對(duì)散熱條件均有影響，選配散熱器時(shí)要多方考慮。
散熱器的散熱效果主要取決于散熱器的表面積，其表面積越大，散熱效果就越好。
計(jì)算散熱器表面積時(shí)，其端面可忽略。
要增大散熱器表面積可增加其長(zhǎng)度，但散熱器的長(zhǎng)度又不能無(wú)限制，而且，散熱器的熱阻與其長(zhǎng)度非線性關(guān)系!模塊熱量的傳導(dǎo)以垂直方向?yàn)橹鳎瑱M向傳導(dǎo)則要慢很多，因此，單純依靠加長(zhǎng)散熱器是不可取的，而且在散熱器長(zhǎng)度增加的同時(shí)也增大了風(fēng)阻，從而降低了散熱效率。
而7m/s以內(nèi)的空氣流速對(duì)散熱器的熱阻影響卻很明顯。
若利用公式(2)或公式(3)，通過(guò)計(jì)算，得到某模塊的耗散功率為240W，模塊的結(jié)殼熱阻Rjc=0.08K/W， 模塊與散熱器的接觸熱阻Rch=0.05K/W，環(huán)境溫度按最高溫度40℃，則按公式(1)，有
Rja= (Tj-Ta)/ PT(AV)=(125-40)/240=0.35(K/W)
又Rja=Rjc+Rch+Rha，則
Rha=Rja-Rjc-Rch=0.35-0.08-0.05=0.22(K/W)
據(jù)此，可選擇DXC-616散熱器長(zhǎng)度為100 mm、風(fēng)速4 m/s的散熱條件即可，或者DXC-616散熱器長(zhǎng)度為50 mm、風(fēng)速不低于7 m/s(對(duì)風(fēng)機(jī)要求較高)的散熱條件也可。
在實(shí)際工作環(huán)境下，模塊的通態(tài)平均電流不會(huì)達(dá)到額定值，可根據(jù)實(shí)際情況酌情考慮。
如果梳狀散熱器沒(méi)有相關(guān)試驗(yàn)曲線，我們也可按下面的公式選配散熱器：
式中：
H――散熱器齒高
K――散熱器導(dǎo)熱系數(shù)(6063鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)209 W/mK)
l――散熱器長(zhǎng)度
L――散熱器截面周長(zhǎng)
v――風(fēng)速
w――散熱器齒寬
n――散熱器齒數(shù)
最后得到的結(jié)果，Rha單位為K/W
4.短時(shí)工作制的散熱器選配
短時(shí)工作制，指的是功率半導(dǎo)體器件的持續(xù)工作時(shí)間不足以使散熱系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，而其空載(或不工作)時(shí)間足以使系統(tǒng)恢復(fù)到環(huán)境溫度。
按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，短時(shí)工作標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間分為7種(30 s～90 min)。
短時(shí)工作制下，散熱器的主要作用不是散熱，而是吸收熱量，這就要求散熱器要有足夠的熱容量，在理想狀態(tài)下，可把功率半導(dǎo)體模塊的功耗發(fā)熱全部吸收。
實(shí)際工作中，雖然散熱器在吸收熱量的同時(shí)也向環(huán)境中釋放熱能，但因熱阻的存在會(huì)使熱量傳遞過(guò)程受到一定的阻礙，而且這種阻礙的效果遠(yuǎn)大于散熱器的放熱效果，致使散熱器的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于芯片結(jié)溫。
因此，在計(jì)算過(guò)程中，我們會(huì)忽略散熱器向環(huán)境釋放的熱能。
按GB/T3190-2008《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》的要求，作為散熱器的鋁合金型材，其鋁的含量一般在98%～99%，我們可按純鋁的比熱容0.88kJ/(kg・K)來(lái)計(jì)算。
以某廠家的KP2500-16平板硅為例，VTM=1.80V，VTO=0.75V，負(fù)載電機(jī)的每相工作電流有效值為1455A，短時(shí)工作環(huán)境為4倍電流、時(shí)間為30s。
則
每路反并聯(lián)平板硅通流的有效值為1455×4=5820A
每支平板硅通流的平均值為5820/2.2=2645A，略大于平板硅的額定值。
PT(AV)=(0.785VTM+0.215VTO)ITAV=(0.785×1.80+0.215×0.75)×2645=4164(W)
短時(shí)工作發(fā)熱量Q=PT(AV)tw=4164×30=124920J=124.92kJ
設(shè)定環(huán)境最高溫度為40℃，允許最高殼溫85℃，則有
124.92/(0.88×45)=3.15kg
每一組反并聯(lián)的平板硅需鋁合金散熱器3.15×2=6.3kg
如將上例中的散熱器改為銅材，銅的比熱容為0.39 kJ/(kg・K)，則有
124.92/(0.39×45)=7.12kg
每一組反并聯(lián)的平板硅需銅材散熱器7.12×2=14.24kg
5.結(jié)語(yǔ)
功率半導(dǎo)體器件的散熱器選配，只能是一種半定量計(jì)算，與實(shí)際情況相比，一定會(huì)存在偏差。
在結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，還要根據(jù)實(shí)際工作進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)。
掌握器件的極限值、進(jìn)行功耗計(jì)算是關(guān)鍵，確定散熱器熱阻，在此基礎(chǔ)上選擇相應(yīng)的散熱器。
因各種因素的影響，還需進(jìn)行模擬實(shí)際工作情況試驗(yàn)，才能選配合適的散熱器，既能保證功率半導(dǎo)體器件的散熱所需，又不會(huì)造成設(shè)備空間和設(shè)計(jì)成本的浪費(fèi)。
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