散熱器通常用于吸收和散發(fā)來自電子功率器件（如晶體管、可控硅、三端雙向可控硅等）的過多熱量，以便將器件溫度控制在其最大可容忍極限以下。

金屬鋁通常用作散熱器材料，因為它具有出色的導熱性，并且與銅等其他金屬相比價格相對較低。

散熱器的尺寸決定了來自設備的熱量被吸收和分散到空氣中的速度和最佳狀態(tài)。

如果所選散熱器太小，則可能無法完成預期的冷卻，如果太大，則會影響電子電路的緊湊性和成本。

為了確保半導體器件的散熱器尺寸最佳，始終建議使用公式準確計算參數(shù)，以便確定相當準確的散熱器尺寸。

對流

自然對流可以定義為通過氣體或流體循環(huán)的傳熱過程。在我們的例子中，這是通過室溫下的環(huán)境空氣發(fā)生的，這是用于冷卻半導體的設計目標。

在電子設備中，對流傳熱與暴露的金屬的表面積、穿過設備表面的空氣力以及兩者之間的溫差成正比。

在考慮散熱器時，功率半導體被視為一個組件。

因此，設備產(chǎn)生的熱量當量（以瓦特為單位）等于其兩端的壓降乘以流過它的電流，再乘以時間因子（打開的時間百分比，除以 100）。這是散熱器應該分散到大氣中的絕對溫度。

這是基本線性電源半導體的快速計算。半導體功率開關(guān)晶體管的公式可能要復雜得多。

對于音頻放大器，我們可能需要計算耗散。在任何情況下，在計算要耗散的熱量等同于以瓦特為單位的熱量時，您可能都希望盡可能精確和保守。

嘗試在數(shù)據(jù)表上查找要安裝在散熱器上的半導體器件的結(jié)到殼熱阻和外殼到吸電流熱阻。

這些阻抗大小可以在°C/W中找到。這意味著，對于結(jié)點耗散的每一瓦熱功率，這將比外殼溫度高一定量的°C，反之亦然。

如果要將器件結(jié)溫保持在100°C或以下，并且其數(shù)據(jù)手冊中的結(jié)殼熱阻值為10°C/W，則7.5瓦的功率輸出可能會導致結(jié)溫上升到100°C。即使外殼溫度保持在恒定的 25° C（可能是通過將設備置于流水中），也可能發(fā)生這種情況。

對于國際整流器 IRFZ40 MOSFET 之類的產(chǎn)品，常見的結(jié)殼熱阻 （ZJC） 為 1° C/W，BJT 2N3055 為 1.52° C/W。

外殼到吸電流的熱阻（Z.cs） 對于 TO-220 外殼，則為 1° C/W，對于 TO-3 情況，為 0.12° C/W。當您無法訪問特定器件的數(shù)據(jù)表時，您可以嘗試使用上述數(shù)字作為參考來估計特定半導體器件的結(jié)殼熱阻。

散熱片設計參數(shù)

晶體管結(jié)可以達到的最高溫度是多少？一些電路設計人員將半導體器件的最高結(jié)溫固定在80°C。

這是因為，高于此溫度會嚴重損害器件性能，并可能導致熱失控情況，這對雙極晶體管構(gòu)成嚴重風險。

始終對制造商關(guān)于最大瓦特值和結(jié)溫的數(shù)據(jù)表注釋持保留態(tài)度。這些結(jié)果僅適用于設備持續(xù)冷卻到 25°C 的舒適溫度的情況。

了解環(huán)境溫度和散熱器溫度

環(huán)境溫度究竟意味著什么？請記住，晶體管可以封裝在一個盒子里，其中其他散熱設備可能會增加環(huán)境空氣溫度。如果您確信正常的室內(nèi)氣流能夠在設備之間自由移動，則可以預期 25° C 是環(huán)境溫度值，但您可能需要非常謹慎。

請記住，在夏季，環(huán)境溫度可能會上升到 100° F = 38° C。有了這些數(shù)據(jù)，您可以計算ΔT，即未知的散熱器尺寸與有助于冷卻的空氣之間的預測溫差。

ΔT = T馬克斯·- [Wj x （ ZJC+ Z.cs）] -T機 管 局

其中 Z杰克表示結(jié)到外殼的熱阻，Z.cs符號化外殼到吸電流的熱阻，T機 管 局表示環(huán)境空氣溫度，T美杰定義最高結(jié)溫，Wj表示結(jié)瓦數(shù)。

假設我們希望使用2N3055 晶體管來驅(qū)動消耗 3 安培的電機。您可能會注意到晶體管在這種電流大小下會下降 1.2 伏，您可能還會注意到最高占空比為 50% 或 0.5。

因此，功耗將為 3 x 1.2 x 0.5 = 1.8 瓦。如果采用最高結(jié)溫 80° C 和最低結(jié)溫 25° C 的環(huán)境空氣，則 ΔT 可以計算如下：

ΔT = 80 - [1.8 x （1.52 + 0.12）] - 25

ΔT = 52° C

在這種情況下，ΔT計算表明，投影散熱器可能比空氣至少高52°C。因此，這個散熱器應該有多大？

以下公式用于確定解決方案：

A = （WJx 5630） / ΔT5/4

其中 A 表示散熱器垂直表面的面積，單位為 cm2.如果你想用 in 計算它2，您可以使用以下公式：

A = （WJx 872.6） / ΔT5/4

考慮到 2N3055 BJT 示例，并通過應用上述2等式，我們得到以下結(jié)果：

A = （1.8 x 872.6） / 525/4

A = 11.2 英寸2

結(jié)果表明，需要至少具有11.2平方英寸垂直表面積暴露在自由空氣中的散熱器來冷卻2N3055晶體管。

并聯(lián)晶體管散熱器

現(xiàn)在假設您想將兩個或多個具有相似特性的半導體器件放在單個公共散熱器上（并聯(lián)），以便它們消耗等效電流。

為了實現(xiàn)這一點，您可以計算該對的熱功率并將熱阻除以設備數(shù)量，假設它們是單個設備。具有不同規(guī)格的半導體器件應放置在單獨的散熱器上。

并聯(lián)式場效應管

讓我們考慮這個例子。在低壓開關(guān)電源中，兩個 IRFRZ40 功率 MOSFET 并聯(lián)連接。預計通過兩個MOSFET的電流將達到40安培，占空比可能超過80%。在 80° C 時，IRFZ40 的導通電阻（FET 傳導）可能在 0.036 歐姆左右。因此，并聯(lián)對對 40 安培的電阻為 0.018 歐姆，產(chǎn)生 0.018 x 40 x 0.8 = 23 瓦。想象一下夏季最壞情況下的溫度為38°C，例如沙漠的環(huán)境條件，我們可以估算散熱器尺寸，如下所示：

ΔT = 80 - [23 x （0.5 + 0.5）] - 38

ΔT = 19° C

上述結(jié)果表明，散熱器溫度可能比環(huán)境溫度高 19° C

現(xiàn)在，使用上述數(shù)據(jù)，我們可以使用以下計算來確定最佳散熱器尺寸：

A= （23 x 872.6） / 195/4

A = 506 平方英寸。

506平方英寸的結(jié)果可能看起來太大，但是一個普通的大散熱器尺寸為5 x 4 x 25/8表面積為 250 平方英寸的英寸可能需要額外的英寸才能有效散熱。

顯然，如此大的散熱器可能很昂貴，如果成本高于設備本身，則可能需要使用更多數(shù)量的并聯(lián)晶體管重新配置電路。這種方法可能會降低器件的傳導電阻，從而降低必須散發(fā)的熱量。