半导体的结温,对元件的可靠性影响极大。相对于25℃的结温,达到100℃时的故障率将增大160倍,图1示出了温度与故障率的关系。因此,对电子设备的设计,需要为降低每1℃温度下功夫。

        设计高可靠性的电源,首先是减少损耗,然后是将转变出的热量快速地释放到大气中。为了求出因能量而上升的温度,引出了热阻的概念,即θ(℃/W);给物体加上1W的能量所上升的温度(温升)。

        图2是给发热体加上电能后的热回路图,与电路的欧姆定律相似。如将环境温度看作零温度(与零电位相似)的话,则加上电能P后,发热体的温升: 

       T(℃)=Pθ。 

        三端稳压器安装在散热器上(见图3a),图3b是其热回路图。结温的简略计算公式为公式A;如果损耗大而必须用散热器的话,可忽略θJA而用公式B。将热量释放到大气中,其散热途径有三种:1.传导;2.对流;3.辐射。传导主要发生在三端稳压器与散热器之间,而对流主要发生在散热器和大气之间,辐射则主要指散热器向大气释放热量。 

        如果指望将辐射作为主要的散热方式,则需要散热器有足够大的包络体积(长×宽×高),此时可用图4a求出热阻;若用铝板或铁板作平板散热器,则按图4b计算热阻。

        如果指望将对流(自然冷却)作为主要的散热方式,则要将散热器的槽按纵向安装(如图5a,图5b、图5c方式热阻大)。 

        图6是实际散热器的一例,型号为17FB50(日本型号),当按槽的纵方向安装时其热阻为4.9℃/W;若按图4a的包络体积算的话,其热阻为8℃/W(见表1),相差的3.1℃/W需要靠对流来散热。根据经验,自然冷却时散热器槽的间隔以6~12mm为宜,宽比窄热阻小。散热器表面作黑色或氧化处理可降低热阻。

       在强制风冷状态下,因为散热器是与空气流接触,故散 热器表面不用作特殊处理,槽也可以窄一些,主要关注表面积大小。不过也要注意槽太窄时,强风通过时会产生啸叫等噪音。 

        具体的散热设计如图7所示。输入电压12V,输出5V、0.5A,损耗PD=(Vin—Vout)Iout=(12—5)x0.5=3.5W;设最大结温TJ=100℃、环境温度TA=60℃,则TJ=PD(θJC+θCH+θHA)+TA,可求出θHA/=[(100-60)/3.5]-5-0.5=5.9℃/W。可选用前文述及的17FB50(4.9℃/W)散热器。

       设计例中,环境温度可选40℃,但电子设备一般都有机箱,在机箱内环境温度应选至60℃;机箱与散热器间的热阻取0.5℃/W(机箱与散热器之间涂散热硅脂);θJC=0.5是从产品手册中查出的数据。由于还未考虑机箱内空气对流情况及其他热源的影响,选择了有一定富余量的散热器,但还应在电子设备工作时实测三端稳压器的温度加以确认。