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桥堆的散热分析

2020-03-17 17:16:05

桥堆等功率元器件的损耗较高时(>4.0W),采用自然冷却的方式已经不能满足其散热的需求,此时就必须采用强迫风冷的方式来确保元器件的正常工作。采用强迫风冷时,可以分成两种情况来考虑:a)桥堆不带散热器;b)桥堆自带散热器。1、 桥堆不带散热器对于桥堆不带散热器而采用强迫风冷这种情况,其分析的过程同自然冷却一样,只不过在计算桥堆外壳向环境间散热的热阻和PCB板与环境间的传热热阻时,对其换热系数的选择应该按照强迫风冷情形来进行,其数值通常为20~30W/m2C。也即是:
于是可以得到桥堆壳体表面的传热热阻和通过引脚的传热热阻为:
于是桥堆的结-环境的总热阻为:
由上述桥堆不带散热器的强迫对流冷却分析中可以看出,通过桥堆壳体表面的散热途径与通过引脚进行散热的热阻是相当的,一方面我们可以通过增加其冷却风速的大小来改变桥堆的换热状况,另一方面我们也可以采用增大PCB板上铜的覆盖率来改善PCB板到环境间的换热,以实现提高桥堆的散热能力。
2、 桥堆自带散热器当桥堆自带散热器进行强迫风冷来实现其散热目的时,该种情况下的散热途径
对比桥堆自然冷却和带散热器的强迫风冷散热这两种散热途径,可以发现其根本的差异在于:散热器的作用大大地改善了桥堆壳体与环境间的散热热阻。如果忽约散热器与桥堆间的接触热阻,则结合桥堆不带散热器的传热分析,我们可以得到桥堆带散热器进行冷却的各散热途径热阻分别如下:(1)、桥堆壳体表面散热热阻a)桥堆正面壳体的散热热阻:同不带散热器的强迫风冷一样:
b)桥堆背面壳体的散热热阻:
假设忽约桥堆与壳体的接触热阻,则: ;选择散热器与环境间热阻的典型值为:
于是:
则桥堆通过壳体表面散热的总热阻为:
2)、流桥通过引脚散热的热阻:此时的热阻同桥堆不带散热器进行强迫风冷时的情形一样,于是有:
于是我们可以得到,在桥堆带散热器进行强迫风冷时的散热总热阻为上述两个传热途径的并联热阻:
仔细分析上述的计算过程和各个传热途径的热阻数值,我们可以得出在桥堆带散热器进行强迫风冷时的如下结论:
①在上述的三个传热途径中(桥堆正面传热、桥堆背面通过散热器的传热和桥堆通过引脚的传热),桥堆背面通过散热器的传热热阻最小,而通过壳体正面的传热热阻最大,通过引脚的热阻居中;②比较桥堆散热的总热阻和通过背面散热器传热的热阻数值可以发现:通过壳体背面散热器传热热阻与桥堆的总热阻十分相当。其实该结论也说明了,在此种情况下,桥堆的主要传热途径是通过壳体背面的散热器来进行的,也就是桥堆上绝大部分的损耗是通过散热器来排放的,而通过其它途径(引脚和壳体正面)的散热量是很少的。③由于此时桥堆的散热状况与散热器的热阻密切相关,因此散热器热阻的大小将直接影响到桥堆上温度的高低。由此可以看出,在生产厂家所提供的桥堆参数表中关于桥堆带散热器的热阻时,只可能是桥堆背面的结--壳(Rjc)或桥堆壳体上的总的结--壳热阻(正面和背面热阻的并联);此时的结--环境的热阻已经没有参考价值,因为它是随着散热器的热阻而显着地发生变化的。
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