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(jīng)過一些不同的介質(zhì)，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(guān)系如下。
熱路
電路
熱耗 P （W）
電流 VabI （A）
溫差△T=T1－T2 （℃）
電壓 Vab=Va－Vb （V）
熱阻 Rth=△T/P （℃/ W）
電阻 R=Vab/I （Ω）
熱阻串聯(lián) Rth=Rth1＋Rth2＋…
電阻串聯(lián) R=R1＋R2＋…
熱阻并聯(lián) 1/Rth=1/Rth1＋1/Rth2＋…
電阻并聯(lián) 1/R=1/R1＋1/R2＋…
2、熱阻：在熱路中，各種介質(zhì)及接觸狀態(tài)，對熱量的傳遞表現(xiàn)出的不同阻礙作用——在熱路中產(chǎn)生溫度差,形成對熱路中兩點間指標(biāo)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(dǎo)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(dǎo)熱率：是指當(dāng)溫度垂直向下梯度為1℃/m時，單位時間內(nèi)通過單位水平截面積所傳遞的熱量。
符號——K or λ 單位—— W／m-K，
常用材料導(dǎo)熱率（20℃取上限值） W／m-K
二、熱設(shè)計的目標(biāo)
1、 確保任何元器件不超過其最大工作結(jié)溫（Tjmax）
推薦：器件選型時應(yīng)達到如下標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計提供的，來自于器件手冊的參數(shù)為設(shè)計目標(biāo)
2、 溫升限值
器件、內(nèi)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(jié)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(jié)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(jié)溫——器件手冊查詢（待計算數(shù)值）
T環(huán)溫——任務(wù)指標(biāo)中的工作環(huán)境要求
P ——電路設(shè)計計算
計算
T結(jié)溫＝（Rthjc＋Rthcs＋Rthsa）·P＋T環(huán)溫＜手冊推薦結(jié)溫
注：注意單位統(tǒng)一；判定結(jié)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(biāo)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(fēng)速（M/S），測量進、出風(fēng)溫度，通過計算，得出該條件下的Rthsa。設(shè)定一組風(fēng)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(fēng)——進口溫度
T出風(fēng)——相同風(fēng)速下的出口溫度
P——電路設(shè)計計算的，發(fā)熱器（or組）件的功耗
計算Rthsa＝（T出風(fēng)－T進風(fēng)）／P
注：亦可根據(jù)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(jié)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(shè)計計算
Pj2——電路設(shè)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(wù)指標(biāo)中的工作環(huán)境要求
計算
J1的最大結(jié)溫：Tjmax1＝（Rthjc1＋Rthcs1）·Pj1＋Rthsa·（Pj1＋Pj2）＋T環(huán)境
J2的最大結(jié)溫：Tjmax2＝（Rthjc2＋Rthcs2）·Pj2＋Rthsa·（Pj1＋Pj2）＋T環(huán)境
注： 判定計算出的最大結(jié)溫，是否小于手冊推薦結(jié)溫；判定結(jié)溫溫升限值是否符合；注意計算時單位要統(tǒng)一。
經(jīng)驗
1、熱路的分析和計算，由于影響因素較為復(fù)雜，可以忽略一些影響小的參數(shù)，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(shè)計余量儲備，由于影響小，所以不會影響經(jīng)濟性。
2、還是因為影響因素復(fù)雜，理論計算是設(shè)計指導(dǎo)，結(jié)果一定以試驗結(jié)論判定，埋點測溫是最有效的驗證方式。
3、電源的熱設(shè)計是和電路設(shè)計密不可分的，實際情況往往因為空間問題，把散熱設(shè)計到最大化，也就剛剛滿足需求，而熱路的設(shè)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(shè)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(shù)據(jù)。
4、關(guān)于余量問題，建議只要滿足結(jié)溫和溫升限制，即可保證產(chǎn)品工作的可靠性。
5、熱設(shè)計的裝配工藝應(yīng)符合相應(yīng)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(yīng)批量的流水裝配作業(yè)。
