工程师技术知识分享：开关电源的几种热设计方法

当前有一种新型的相变材料，专门设计用采取代硅油作为传热介面，在65℃(相变温度)时从固体变为流体，从而确保界面的完全润湿，该材料的触变特性避免其流到介面外。其传热效果与硅油相当，但没有硅油带来的污垢，环境污染和难于操作等缺点。用于不需要电气绝缘的场合。典型应用包括CPU散热片，功率转换模块或者其它任何簧片固定的硅油应用场合，它可涂布在铝质基材的两面，可单面附胶，双面附胶或不附胶。

③绝缘垫热阻抗θs

绝缘垫是用于半导体器件和散热器之间的绝缘.绝缘垫的热阻抗θs取决于绝缘材料的材质、厚度、面积。下表中列出几种常用半导体封装形式的θs+θc

④散热器热阻抗θf

散热器热阻抗θf与散热器的表面积、表面处理方式、散热器表面空气的风速、散热器与周围的温度差有关。因此一般都会设法增强散热器的散热效果，主要的方法有增加散热器的表面积、设计合理的散热风道、增强散热器表面的风速。散热器的散热面积设计值如下图所示：

但如果过于追求散热器的表面积而使散热器的叉指过于密集则会影响到空气的对流，热空气不易于流动也会降低散热效果。自然风冷时散热器的叉指间距应适当增大，选择强制风冷则可适当减小叉指间距。

⑤散热器表面积计算

S=0.86W/(ΔT*α)　(m2)

ΔT: 散热器温度与周围环境温度(Ta)的差(℃)

α： 热传导系数，是由空气的物理性质及空气流速决定。α由下式决定。

α=Nu*λ/L ()

λ:热电导率(Kcal/m2h)空气物理性质

L：散热器高度(m)

Nu：空气流速系数。由下式决定。

Nu=0.664*√[(vl)/v’]*3√pr

V：动粘性系数(m2/sec)，空气物理性质。

V’:散热器表面的空气流速(m/sec)

Pr: 系数，见下表

2 散热设计举例

[例] 2SCS5197在电路中消耗的功率为Pdc=15W，工作环境温度Ta=60℃，求在正常工作时散热器的面积应是多少?

解: 查2SCS5197的产品目录得知：Pcmax=80W(Tc=25℃)，Tjmax=150℃且该功率管使用了