一、概念
1、熱路：由熱源出發(fā)，向外傳播熱量的路徑。在每個路徑上，必定經過一些不同的介質，熱路中任何兩點之間的溫度差，都等于器件的功率乘以這兩點之間的熱阻，就像電路中的歐姆定律，與電路等效關系如下。
2、熱阻：在熱路中，各種介質及接觸狀態(tài)，對熱量的傳遞表現出的不同阻礙作用——在熱路中產生溫度差,形成對熱路中兩點間指標性的評價。
符號——Rth 單位——℃/W。
• 穩(wěn)態(tài)熱傳遞的熱阻計算: Rth= (T1－T2)/P
T1——熱源溫度（無其他熱源）（℃)
T2——導熱系統(tǒng)端點溫度 （℃)
• 熱路中材料熱阻的計算: Rth=L/(K•S)
L——材料厚度 （m)
S——傳熱接觸面積 （m2)
3、導熱率：是指當溫度垂直向下梯度為1℃/m時，單位時間內通過單位水平截面積所傳遞的熱量。
二、熱設計的目標
1、 確保任何元器件不超過其最大工作結溫（Tjmax）
• 推薦：器件選型時應達到如下標準民用等級：Tjmax≤150℃ 工業(yè)等級：Tjmax≤135℃
• 軍品等級：Tjmax≤125℃ 航天等級：Tjmax≤105℃
• 以電路設計提供的，來自于器件手冊的參數為設計目標
2、 溫升限值
器件、內部環(huán)境、外殼：△T≤60℃
器件每升高2℃，可靠性下降10％；器件溫升為50℃時，壽命只有溫升25℃的1/6，電解電容溫升超過10℃，壽命下降1/2。
三、計算
1、 TO220封裝＋散熱器
• 結溫計算
• 熱路分析
熱傳遞通道：管芯j→功率外殼c→散熱器s→環(huán)境空氣a
注：因Rthca較大，忽略不影響計算，故可省略。
Rthja≈Rthjc＋Rthcs＋Rthsa≈(T結溫－T環(huán)溫)/P
• 條件
Rthjc——器件手冊查詢
Rthcs——材料熱阻：Rth絕緣墊=L絕緣墊厚度／（K絕緣墊•S絕緣墊接觸c的面積）
Rthsa——散熱器熱阻曲線圖查詢
T結溫——器件手冊查詢（待計算數值）
T環(huán)溫——任務指標中的工作環(huán)境要求
P ——電路設計計算
• 計算
T結溫＝（Rthjc＋Rthcs＋Rthsa）•P＋T環(huán)溫＜手冊推薦結溫
• 注：注意單位統(tǒng)一；判定結溫溫升限值是否符合。
• 散熱器熱阻計算（參見上圖）
散熱器的熱阻一般可在由廠家提供的熱阻曲線上標出，也可通過測試得出。
• 測試
在被測散熱器上安裝一發(fā)熱器（or組）件,固定一個風速（M/S），測量進、出風溫度，通過計算，得出該條件下的Rthsa。設定一組風速，得出的不同Rthsa值，繪制出該散熱器的熱阻曲線，不同長度的散熱器，可得到不同的曲線。
• 條件
T進風——進口溫度
T出風——相同風速下的出口溫度
P——電路設計計算的，發(fā)熱器（or組）件的功耗
• 計算Rthsa＝（T出風－T進風）／P
• 注：亦可根據已有條件，如管芯的△T和功耗，計算出所需散熱器的熱阻上限，在熱阻曲線圖上選用足夠尺寸的散熱器。
2、共用同一散熱器（見下圖）
• 分析
對于散熱器而言，總的傳熱功耗為：
P總＝Pj1＋Pj2
那么散熱器的溫升為：
△T散熱器＝Rthsa•（Pj1＋Pj2）
每只管子的傳熱路徑中，熱阻引起的溫升為
△Tj1＝（Rthjc1＋Rthcs1）•Pj1 △Tj2＝（Rthjc2＋Rthcs2）•Pj2
熱路中，所有溫升之和加上環(huán)境溫度就是最大結溫，即
Tjmax1＝△Tj1＋△T散熱器＋T環(huán)境
Tjmax2＝△Tj2＋△T散熱器＋T環(huán)境
• 條件
Pj1——電路設計計算
Pj2——電路設計計算
Rthjc1——器件手冊查詢
Rthjc2——器件手冊查詢
Rthcs1——材料熱阻：Rth絕緣墊=L絕緣墊厚度／（K絕緣墊•S絕緣墊接觸c的面積）
Rthcs2——材料熱阻：Rth絕緣墊=L絕緣墊厚度／（K絕緣墊•S絕緣墊接觸c的面積）
Rthsa——散熱器熱阻曲線圖查詢
T環(huán)境——任務指標中的工作環(huán)境要求
• 計算
J1的最大結溫：Tjmax1＝（Rthjc1＋Rthcs1）•Pj1＋Rthsa•（Pj1＋Pj2）＋T環(huán)境
J2的最大結溫：Tjmax2＝（Rthjc2＋Rthcs2）•Pj2＋Rthsa•（Pj1＋Pj2）＋T環(huán)境
• 注： 判定計算出的最大結溫，是否小于手冊推薦結溫；判定結溫溫升限值是否符合；注意計算時單位要統(tǒng)一。
• 經驗
1、熱路的分析和計算，由于影響因素較為復雜，可以忽略一些影響小的參數，來簡化計算，但一定要注意影響趨勢的方向，是有利于傳熱的，可以作為設計余量儲備，由于影響小，所以不會影響經濟性。
2、還是因為影響因素復雜，理論計算是設計指導，結果一定以試驗結論判定，埋點測溫是最有效的驗證方式。
3、電源的熱設計是和電路設計密不可分的，實際情況往往因為空間問題，把散熱設計到最大化，也就剛剛滿足需求，郭鵬學暖通而熱路的設計只能截止到外殼，外殼（或散熱器）的溫度怎么辦？這就需要電路設計來降低功耗，甚至和客戶討論如何給電源散熱，這就需要我們是否能提的出所有計算數據。
4、關于余量問題，建議只要滿足結溫和溫升限制，即可保證產品工作的可靠性。
5、熱設計的裝配工藝應符合相應的工藝規(guī)范，首先確保裝配的難度不大，其次考慮裝配的步驟減少，即適應批量的流水裝配作業(yè)。
