一、概念
1、熱路：由熱源出發(fā)，向外傳播熱量的路徑。在每個(gè)路徑上，必定經(jīng)過(guò)一些不同的介質(zhì)，熱路中任何兩點(diǎn)之間的溫度差，都等于器件的功率乘以這兩點(diǎn)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(duì)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(duì)熱路中兩點(diǎn)間指標(biāo)性的評(píng)價(jià)。
符號(hào)——Rth 單位——℃/W。
穩(wěn)態(tài)熱傳遞的熱阻計(jì)算: Rth= (T1－T2)/P
T1——熱源溫度（無(wú)其他熱源）（℃)
T2——導(dǎo)熱系統(tǒng)端點(diǎn)溫度 （℃)
熱路中材料熱阻的計(jì)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(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位水平截面積所傳遞的熱量。
符號(hào)——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(jì)的目標(biāo)
1、 確保任何元器件不超過(guò)其最大工作結(jié)溫（Tjmax）
推薦：器件選型時(shí)應(yīng)達(dá)到如下標(biāo)準(zhǔn)民用等級(jí)：Tjmax≤150℃ 工業(yè)等級(jí)：Tjmax≤135℃
軍品等級(jí)：Tjmax≤125℃ 航天等級(jí)：Tjmax≤105℃
以電路設(shè)計(jì)提供的，來(lái)自于器件手冊(cè)的參數(shù)為設(shè)計(jì)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(shí)，壽命只有溫升25℃的1/6，電解電容溫升超過(guò)10℃，壽命下降1/2。
三、計(jì)算
1、 TO220封裝＋散熱器
結(jié)溫計(jì)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(jì)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(cè)查詢(xún)
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(xiàn)圖查詢(xún)
T結(jié)溫——器件手冊(cè)查詢(xún)（待計(jì)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(jì)計(jì)算
計(jì)算
T結(jié)溫＝（Rthjc＋Rthcs＋Rthsa）•P＋T環(huán)溫＜手冊(cè)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(jì)算（參見(jiàn)上圖）
散熱器的熱阻一般可在由廠家提供的熱阻曲線(xiàn)上標(biāo)出，也可通過(guò)測(cè)試得出。
測(cè)試
在被測(cè)散熱器上安裝一發(fā)熱器（or組）件,固定一個(gè)風(fēng)速（M/S），測(cè)量進(jìn)、出風(fēng)溫度，通過(guò)計(jì)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(xiàn)，不同長(zhǎng)度的散熱器，可得到不同的曲線(xiàn)。
條件
T進(jìn)風(fēng)——進(jìn)口溫度
T出風(fēng)——相同風(fēng)速下的出口溫度
P——電路設(shè)計(jì)計(jì)算的，發(fā)熱器（or組）件的功耗
計(jì)算Rthsa＝（T出風(fēng)－T進(jìn)風(fēng)）／P
注：亦可根據(jù)已有條件，如管芯的△T和功耗，計(jì)算出所需散熱器的熱阻上限，在熱阻曲線(xiàn)圖上選用足夠尺寸的散熱器。
2、共用同一散熱器（見(jiàn)下圖）
分析
對(duì)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(jì)計(jì)算
Pj2——電路設(shè)計(jì)計(jì)算
Rthjc1——器件手冊(cè)查詢(xún)
Rthjc2——器件手冊(cè)查詢(xún)
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(xiàn)圖查詢(xún)
T環(huán)境——任務(wù)指標(biāo)中的工作環(huán)境要求
計(jì)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(jì)算出的最大結(jié)溫，是否小于手冊(cè)推薦結(jié)溫；判定結(jié)溫溫升限值是否符合；注意計(jì)算時(shí)單位要統(tǒng)一。
經(jīng)驗(yàn)
1、熱路的分析和計(jì)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(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算，但一定要注意影響趨勢(shì)的方向，是有利于傳熱的，可以作為設(shè)計(jì)余量?jī)?chǔ)備，由于影響小，所以不會(huì)影響經(jīng)濟(jì)性。
2、還是因?yàn)橛绊懸蛩貜?fù)雜，理論計(jì)算是設(shè)計(jì)指導(dǎo)，結(jié)果一定以試驗(yàn)結(jié)論判定，埋點(diǎn)測(cè)溫是最有效的驗(yàn)證方式。
3、電源的熱設(shè)計(jì)是和電路設(shè)計(jì)密不可分的，實(shí)際情況往往因?yàn)榭臻g問(wèn)題，把散熱設(shè)計(jì)到最大化，也就剛剛滿(mǎn)足需求，而熱路的設(shè)計(jì)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(jì)來(lái)降低功耗，甚至和客戶(hù)討論如何給電源散熱，這就需要我們是否能提的出所有計(jì)算數(shù)據(jù)。
4、關(guān)于余量問(wèn)題，建議只要滿(mǎn)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(jì)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)。
