基于FPGA+DSP架構的高速通信接口設計與實(shí)現

2.熱設計中常用的幾種方法

為了將發(fā)熱器件的熱量盡快地發(fā)散出去,一般從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮: 使用散熱器、冷卻風(fēng)扇、金屬pcb、散熱膏等.在實(shí)際設計中要針對客戶(hù)的要求及最佳費/效比合理地將上述幾種方法綜合運用到電源的設計中。

　　
3.半導體器件的散熱器設計

由于半導體器件所產(chǎn)生的熱量在開(kāi)關(guān)電源中占主導地位,其熱量主要來(lái)源于半導體器件的開(kāi)通、關(guān)斷及導通損耗.從電路拓撲方式上來(lái)講,采用零開(kāi)關(guān)變換拓撲方式產(chǎn)生諧振使電路中的電壓或電流在過(guò)零時(shí)開(kāi)通或關(guān)斷可最大限度地減少開(kāi)關(guān)損耗但也無(wú)法徹底消除開(kāi)關(guān)管的損耗故利用散熱器是常用及主要的方法.

3.1 散熱器的熱阻模型

由于散熱器是開(kāi)關(guān)電源的重要部件,它的散熱效率高與低關(guān)系到開(kāi)關(guān)電源的工作性能.散熱器通常采用銅或鋁,雖然銅的熱導率比鋁高2倍但其價(jià)格比鋁高得多,故目前采用鋁材料的情況較為普遍.通常來(lái)講,散熱器的表面積越大散熱效果越好.散熱器的熱阻模型及等效電路如上圖所示

半導體結溫公式如下式如示：
　
pcmax(ta)= (tjmax-ta)/θj-a　(w)　-----------------------(1)
pcmax(tc)= (tjmax-tc)/θj-c　(w)　-----------------------(2)

　　pc: 功率管工作時(shí)損耗
pc(max): 功率管的額定最大損耗
tj: 功率管節溫
tjmax: 功率管最大容許節溫
ta: 環(huán)境溫度
tc: 預定的工作環(huán)境溫度
θs : 絕緣墊熱阻抗
θc : 接觸熱阻抗(半導體和散熱器的接觸部分)
θf(wàn) : 散熱器的熱阻抗(散熱器與空氣)
θi : 內部熱阻抗(pn結接合部與外殼封裝)
θb : 外部熱阻抗(外殼封裝與空氣)

根據圖2熱阻等效回路, 全熱阻可寫(xiě)為:

　　θj-a=θi+[θb *(θs +θc+θf(wàn))]/( θb +θs +θc+θf(wàn)) ----------------(3)

又因為θb比θs +θc+θf(wàn)大很多,故可近似為

　　θj-a=θi+θs +θc+θf(wàn) ---------------------(4)

①pn結與外部封裝間的熱阻抗(又叫內部熱阻抗) θi是由半導體pn結構造、所用材料、外部封裝內的填充物直接相關(guān).每種半導體都有自身固有的熱阻抗.

②接觸熱阻抗θc是由半導體、封裝形式和散熱器的接觸面狀態(tài)所決定.接觸面的平坦度、粗糙度、接觸面積、安裝方式都會(huì )對它產(chǎn)生影響。當接觸面不平整、不光滑或接觸面緊固力不足時(shí)就會(huì )增大接觸熱阻抗θc。在半導體和散熱器之間涂上硅油可以增大接觸面積，排除接觸面之間的空氣而硅油本身又有良好的導熱性，可以大大降低接觸熱阻抗θc。

當前有一種新型的相變材料，專(zhuān)門(mén)設計用采取代硅油作為傳熱介面，在65℃（相變溫度）時(shí)從固體變?yōu)榱黧w，從而確保界面的完全潤濕，該材料的觸變特性避免其流到介面外。其傳熱效果與硅油相當，但沒(méi)有硅油帶來(lái)的污垢，環(huán)境污染和難于操作等缺點(diǎn)。用于不需要電氣絕緣的場(chǎng)合。典型應用包括cpu散熱片，功率轉換模塊或者其它任何簧片固定的硅油應用場(chǎng)合，它可涂布在鋁質(zhì)基材的兩面，可單面附膠，雙面附膠或不附膠。

③絕緣墊熱阻抗θs
　　
絕緣墊是用于半導體器件和散熱器之間的絕緣.絕緣墊的熱阻抗θs取決于絕緣材料的材質(zhì)、厚度、面積。下表中列出幾種常用半導體封裝形式的θs+θc