器件的温升与散热.ppt

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1、第九章器件的温升与散热9.1半导体器件的温升控制9.2热量的传导9.3散热片小结9.4热量的辐射和对流首页第九章器件的温升与散热9.1半导体器件的温升控制理论上半导体器件的最高温度极限是它内部的本征温度Ti，半导体器件的轻掺杂区和重掺杂区的本征温度相同。如果超过这个温度，PN结的特性将会消失，本来起屏障作用的耗尽区将会被本征载流子代替。通常情况下，半导体器件随着它内部温度的升高，能量损耗加大，当内部温度达到200℃时，它的能量损耗非常大。下页返回下页上页返回第九章器件的温升与散热当一个由半导体器件所形成的系统在20~40℃的温度下运行时，则该系统的工作稳定性最好。温度测量系统在正常的工作温度范

2、围内必须很精确，必须保证在125℃工作温度下的精确性。晶闸管的最高结温低于125℃。当晶闸管的结温达到125℃时，如果此时施加在晶闸管上的正向电压变化率(du/dt)正好为它的最大允许值，则晶闸管可能会产生误导通或者关断。下页上页返回第九章器件的温升与散热如果器件是按高温条件进行设计，热屏蔽须对换流器的每一个元件都有屏蔽作用。在某些特殊应用场合，要求器件能在高温环境下工作，此时必须采取大范围的热屏蔽措施。电力电子设备在高温环境下运行时，散热装置是必须首先考虑的一个因素。它包括散热片的尺寸，重量，安装位置以及环境温度等，必要时可以考虑安装风扇来提高散热效果。下页上页返回第九章器件的温升与散热当温

3、度超过50℃时，以后每升高10~15℃，半导体器件的可靠性就会成倍的降低。散热片是设计电力电子系统经常采用的散热方式。传导扩散辐射扩散对流扩散自然冷却方式风扇冷却(强迫风冷)液体冷却方式散热片冷却方式热量扩散形式下页上页返回第九章器件的温升与散热9.2热量的传导9.2.1热阻热量由左向右进行传导。热量总是从温度高的一端流向温度低的一端流动。热功率单位时间内通过某一横截面的热能。AT1dbhPT2热量流动方向(Pcond)下页上页返回第九章器件的温升与散热DT:导热材质两端的温度差，DT=T2-T1T2:材质较热一端的温度，单位均为℃T1:温度较低一端的温度，单位均为℃A:材质的横截面积,单位为

4、m2d:长度，单位为米λ：热传导率，单位为瓦每米摄氏度热量的传导与导热媒质的物理特性有关，计算公式为：下页上页返回第九章器件的温升与散热有一长方体的铝条，如图所示。图中h=b=1cm,d=20cm，单位时间内输送到铝条最左端的热功率Pcond为3W。已知铝条最右端的表面温度T1=40℃。试求铝条始端的温度T2等于多少？解例根据式得:AT1dbhPT2热量流动方向(Pcond)下页上页返回第九章器件的温升与散热例一套晶体组件被封装在如图所示的长方体铝条中，已知h=3cm,b=4cm,d=2mm,当热量从一端传到另一端时，温度下降了3℃，若忽略其它任何热损失，试求该铝条能传导的最大热功率Pcond

5、等于多少？解根据式(W)得:AT1dbhPT2热量流动方向(Pcond)下页上页返回第九章器件的温升与散热热阻Rcond为：热阻与导热材质的热传导率和物理尺寸有关，它反映了导热材质的导热能力，单位为℃/W。将代入到上式，得:AT1dbhPT2热量流动方向(Pcond)下页上页返回第九章器件的温升与散热等效热阻电路中的电阻等效热传导功率电路中的电流等效温度电路中的电位等效温差电路中的电压根据热阻概念，利用电路中的相关计算公式计算热传导中的有关变量，使热传导计算变得简单。下页上页返回第九章器件的温升与散热Rqjc结Ta隔离层外壳TjRqsaRqcsP将多层导热结构用热传导等效电路的热阻串联形式表示

6、，则从热导体本身的结到散热片的总热阻为：Tj结散热片隔离层外壳Ta下页上页返回第九章器件的温升与散热结温用Tj表示、散热片的温度用Ta表示，总散热功率用Pcond表示,根据式的热传导欧姆定律，则结温Tj可表示为：只要给出了导热材质的物理参数和热传导率，就可根据式求出对应的热阻，再根据等效导热电路模型，得到多层传导结构的热分布计算公式，求得导热环节不同部位的温度。下页上页返回第九章器件的温升与散热尽量减小导热材质的热阻，相当于缩短了热传导路径，从而有效降低热传导路径的温差。传热材质的散热面积越大越好，可加速热传导效率、减少或降低导热材质的寄生热容。在大功率变流设备的散热材质设计中，散热材质的热传

7、导率越大越好，可减小了传热路径的热阻。下页上页返回第九章器件的温升与散热硅材料制成的电力电子器件采用双层散热结构。小功率或标准功率器件只须单层结构。大功率器件散热设计中，封装材料采用热传导率较高的导热材质，如采用自然冷却方式仍达不到要求，则须采用强迫风冷、水冷，甚至液氮冷却方式。所采取的散热方式，应能保证半导体材料的结热阻Rθjc小于1℃/W。下页上页返回第九章器件的温升与散热9.2.2暂态热阻抗