[分享] 电源热设计基础：对热阻的认识

对热阻的认识

        之前做了这么多电源还有高频机，我一直没有想过如何设计散热，或者说怎么样的散热设计才不会让芯片过温而损坏。对于发热元件，散热是必须要考虑的事情，好的散热有利于元件最大化利用，而坏的散热则制约着元件的使用极限。最近要去参加一个网络论坛举办的电源技术分享与实战研讨会，届时还带上自己的DIY作品，因此我早早准备好自己制作的电源，以让在场同行共同讨论设计心得还有其他方面的东西，我的160W反激式电源发热很大，本来想着找个散热片什么的随便安装看看能不能顶得住，结果满载工作了一会就过温保护，这才逼着我想着怎么计算散热面积还有如何选择散热材料。


         虽然之前有听过热阻一词，也瞄过一眼计算过程，但是都没把这放心上，心想这东西没多大重要，但是我现在意识到散热是产品设计的一大重点内容，这难度不亚于电路设计，我们知道Θ*P=ΔT
其中θ叫热阻（相当于电路的电阻），P叫耗散功率，ΔT叫温差，就是两点之间的温度差。我们看芯片资料都有几个参数，其中一个叫最大耗散功率PCM，一个叫最大结温TJmax，还有热阻℃/W。我们就是根据这几个参数设计散热。很多人不知道PCM是如何得出来的，以为是I^2*R得出来的，但是当你查资料的时候发现代入公式得不出这个值。芯片资料写的PCM都是在一定温度下的值，正常情况下TJ=150℃，Ta叫环境温度，Tc叫外壳温度，Ts叫散热器温度和绝缘层之间的温度，所以根据最上面的公式我们知道θ*PCM=(TJ-Tc)，假如我们加上散热片和绝缘垫片什么的那么θ值就叫总热阻抗，θ=θjc θcs θsa，其中θjc就是芯片手册给的参数，叫结壳热阻，θcs叫壳到散热面的热阻，θsa叫散热材料到空气的热阻。不同的散热材料热阻相差很大，所以要想得到良好的散热效果那么一定要选热阻小的散热材料，绝缘垫片的热阻也是各不相同，下面是一些散热材料的导热系数，系数越高，说明散热效果越好，热阻越小。




        从表格可知，紫铜的导热系数最大，因此散热效果最好，空气的导热系数最小，所以空气的散热效果最差。
知道了PCM和允许最高结温TJ和环境温度，那么我们就知道总热阻是多少，从而计算出我们要的散热材料的热阻是多少，然后再选择散热材料。当然，这个最后的散热是否达标还要根据实际测试才能知道。计算只是一个大概值，起到一个大的指导方向。

热导率最大的单质是银, 不过太贵了用不起. 云母除了耐高温之外, 实在不是个好的垫片

云母片的好处是绝缘

过薄的介质容易破裂, 因此安规上对绝缘材料的厚度有要求. 绝缘材料要综合衡量多项指标, 并不是一味地追求单一的高介电强度

楼主的介绍比较理论，我给一个自己用的经验公式（仅适用于市场上常见的铝散热器）：
TO-220封装，在不用绝缘垫片、涂散热硅脂的条件下，θcs大约是0.5C/W（C是摄氏度，W是瓦，下同）。
假设铝散热片的全部表面积为S(cm^2)，则θsa大约是(1600~2000)/S，单位也是C/W。这个经验公式是不加风扇的。
另外有条件，就是从晶体管到散热片的最远边缘的距离不能大于散热片厚度的70倍。这个距离/厚度的比值越大，热阻越大。

导热绝缘片 也是绝缘的

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