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不同散热器配置的对比分析
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2024年01月26日 10:45 237
admin
电子系统达到的热效率水平是决定其可靠性的最重要因素之一。过热的组件可能会遭受无法修复的损坏，危及系统的稳定性，并缩短组件的使用寿命。因此，如果您想保证其可靠和安全的运行，那么选择适合您所使用的电子元件的散热器是绝对必要的。
在本文中，我们将研究可用于降低 SiC MOSFET（电力系统中常见的一种半导体）温度的多种散热器。将进行实验以确定各种解决方案在热管理方面的形状和材料成分方面的功效。本实验旨在提供对各种散热器热性能的基本了解，并确定 MOSFET 散热的有效解决方案。这两个目标都将通过确定最佳解决方案来实现。需要选择最适合其解决方案的散热器的电子设计人员可能会发现此信息很有帮助。
候选散热器
电子散热器是许多电子应用中的关键组件，特别是在散发晶体管和 MOSFET 等电子组件产生的热量方面。电子散热器的形状对其散热方式以及电子元件的性能具有重大影响。它们通常使用高导热率的材料（例如铝或铜）制成，并具有更宽的表面积以增加散热面积。后者还会影响组件周围的空气流通。表面形状也是影响耗散效率的重要因素。用于构造散热器的材料也是其散热能力的重要因素。用铝制成的散热器的导热率比用铜制成的散热器低，但它可以更轻、更便宜。铜具有更高的导热率，使其更适合散热至关重要的应用。使用 TO-220 封装进行的散热测试（参见图 1）用于评估其处理所产生热量的能力。
图 1：TO-220 封装，广泛用于晶体管和 MOSFET
散热器对于功率器件的正常运行至关重要，如果没有散热器，就会导致功率器件在不可接受的温度下运行，即使对于较轻的应用也是如此。如前所述，散热器可以由不同的材料制成；因此，设计人员必须在适当的散热和散热器成本之间找到一个良好的折衷方案。关键参数之一是热导率，该参数标识物质通过热传导传递热量的能力。下表显示了某些材料的这一特性。
材料20°C 时的热导率 (W/mK)
含 5% Ni 的钢29
钢含 30% Ni105
水0.63
铝210
空气0.026
银第420章
铁50
镍60
金子300
黄铜80
带领35
铜8900第395章
锌110
从表中可以看出，构建散热器时使用最多的材料是铝、银、金和铜。显然，白银和黄金根本不划算。
暴露表面积
本节中进行的模拟测试涉及器件达到的最高温度，改变暴露在空气中的散热器表面（铝），热系数为 0.025 mW/mm2/°C，温度为 20°C。此外，该器件的背面承受 30 mW/mm2 的功率。图 2 显示了模拟获得的结果，更重要的是，显示了系统运行期间器件达到的理论最高温度。模拟涵盖以下场景，温标在 20°C 至 100°C 之间：
设备在上述条件下运行，无需任何散热器。达到的最高温度约为 506°C，可安全销毁组件。
设备采用平行六面体形状的散热器，暴露表面积为 8,780 mm 2。达到的最高温度约为 64°C，散热器的平均温度约为 36°C，以确保设备正常运行。
设备采用形状复杂的散热器，带有许多散热片，使暴露的表面积扩大了 41,080 mm 2。达到的最高温度约为 51°C，散热器的平均温度约为 26°C，以实现最佳设备运行。
设备采用平行六面体形状的散热器，暴露表面积为 2,195 mm 2。达到的最高温度约为 95°C，散热器的平均温度约为 73°C，设备运行良好。
在本文中，我们将研究可用于降低 SiC MOSFET（电力系统中常见的一种半导体）温度的多种散热器。将进行实验以确定各种解决方案在热管理方面的形状和材料成分方面的功效。本实验旨在提供对各种散热器热性能的基本了解，并确定 MOSFET 散热的有效解决方案。这两个目标都将通过确定最佳解决方案来实现。需要选择最适合其解决方案的散热器的电子设计人员可能会发现此信息很有帮助。
候选散热器
电子散热器是许多电子应用中的关键组件，特别是在散发晶体管和 MOSFET 等电子组件产生的热量方面。电子散热器的形状对其散热方式以及电子元件的性能具有重大影响。它们通常使用高导热率的材料（例如铝或铜）制成，并具有更宽的表面积以增加散热面积。后者还会影响组件周围的空气流通。表面形状也是影响耗散效率的重要因素。用于构造散热器的材料也是其散热能力的重要因素。用铝制成的散热器的导热率比用铜制成的散热器低，但它可以更轻、更便宜。铜具有更高的导热率，使其更适合散热至关重要的应用。使用 TO-220 封装进行的散热测试（参见图 1）用于评估其处理所产生热量的能力。
图 1：TO-220 封装，广泛用于晶体管和 MOSFET散热器对于功率器件的正常运行至关重要，如果没有散热器，就会导致功率器件在不可接受的温度下运行，即使对于较轻的应用也是如此。如前所述，散热器可以由不同的材料制成；因此，设计人员必须在适当的散热和散热器成本之间找到一个良好的折衷方案。关键参数之一是热导率，该参数标识物质通过热传导传递热量的能力。下表显示了某些材料的这一特性。
材料20°C 时的热导率 (W/mK)
含 5% Ni 的钢29
钢含 30% Ni105
水0.63
铝210
空气0.026
银第420章
铁50
镍60
金子300
黄铜80
带领35
铜8900第395章
锌110
从表中可以看出，构建散热器时使用最多的材料是铝、银、金和铜。显然，白银和黄金根本不划算。
暴露表面积
本节中进行的模拟测试涉及器件达到的最高温度，改变暴露在空气中的散热器表面（铝），热系数为 0.025 mW/mm2/°C，温度为 20°C。此外，该器件的背面承受 30 mW/mm2 的功率。图 2 显示了模拟获得的结果，更重要的是，显示了系统运行期间器件达到的理论最高温度。模拟涵盖以下场景，温标在 20°C 至 100°C 之间：
设备在上述条件下运行，无需任何散热器。达到的最高温度约为 506°C，可安全销毁组件。
设备采用平行六面体形状的散热器，暴露表面积为 8,780 mm 2。达到的最高温度约为 64°C，散热器的平均温度约为 36°C，以确保设备正常运行。
设备采用形状复杂的散热器，带有许多散热片，使暴露的表面积扩大了 41,080 mm 2。达到的最高温度约为 51°C，散热器的平均温度约为 26°C，以实现最佳设备运行。
设备采用平行六面体形状的散热器，暴露表面积为 2,195 mm 2。达到的最高温度约为 95°C，散热器的平均温度约为 73°C，设备运行良好。
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