【導(dǎo)讀】熱阻(Θ)是指散熱路徑上的溫升與流過同一路徑的熱量之比。用路徑長度界限來描述，例如半導(dǎo)體器件的結(jié)點(diǎn)到外殼 (Θj-c)或結(jié)點(diǎn)到外圍環(huán)境(Θj-a)之間的熱阻。在單個半導(dǎo)體器件中，所有的熱量都集中在溫度相同的某一點(diǎn)（半導(dǎo)體芯片）耗散。熱量從該點(diǎn)傳到封裝（或者外殼），然后傳到周圍環(huán)境中，溫差和產(chǎn)生的熱量之比是結(jié)點(diǎn)至外殼或結(jié)點(diǎn)至外圍的熱阻。
什么是熱阻
熱阻(Θ)是指散熱路徑上的溫升與流過同一路徑的熱量之比。用路徑長度界限來描述，例如半導(dǎo)體器件的結(jié)點(diǎn)到外殼 (Θj-c)或結(jié)點(diǎn)到外圍環(huán)境(Θj-a)之間的熱阻。在單個半導(dǎo)體器件中，所有的熱量都集中在溫度相同的某一點(diǎn)（半導(dǎo)體芯片）耗散。熱量從該點(diǎn)傳到封裝（或者外殼），然后傳到周圍環(huán)境中，溫差和產(chǎn)生的熱量之比是結(jié)點(diǎn)至外殼或結(jié)點(diǎn)至外圍的熱阻。
開架式轉(zhuǎn)換器
在開架式轉(zhuǎn)換器中，沒有從單一熱耗源到外部環(huán)境的單一散熱路徑，所以熱阻的概念不能完全適用。一個開架式轉(zhuǎn)換器中含有多個器件并具有不同溫度，部分熱量傳導(dǎo)到PCB，部分熱量封裝直接傳導(dǎo)到空氣中。這可被描述為多個Θc-a路徑混合。
此外，元器件消耗的功率和整個模塊消耗功率的比例隨著工作條件的變化而變化。比如，當(dāng)輸入電壓較高時，耗散在轉(zhuǎn)換器輸入部分的功率會相應(yīng)得大，但在低輸入電壓情況下，輸入部分消耗的功率較小，此時輸入部分消耗的功率在整個模塊消耗功率中的比例較小，而其他部分的功率消耗更顯著。不同負(fù)載電流也有類似的影響。在輕負(fù)載情況下，磁芯的功率消耗在總消耗中占大部分，而在重負(fù)載情況下，開關(guān)場效應(yīng)管的功率消耗更大。
基板式或密封式轉(zhuǎn)換器
對于有田電源（yottapwr.com）的基板式或密封式轉(zhuǎn)換器，器件的溫度更加一致，因為內(nèi)部導(dǎo)熱膠使器件的溫差保持在一個很小的范圍內(nèi)。然后整個轉(zhuǎn)換器的溫度相近，且在底板和外部環(huán)境之間具有單一溫差。在這種情況下，殼體到外界(Θc-a)的熱阻就有意義了。通常同樣
尺寸的轉(zhuǎn)換器在給定的空氣流速下具有非常相同或者完全相同的Θc-a。
例子：在圖1中，轉(zhuǎn)換器工作在低輸入電壓，滿載和外部環(huán)境溫度低的條件下，最熱的器件是隔離MOSFET
25%的負(fù)載，輸入MOSFET溫度最高，差值為7℃
圖1 開架式PQ60015QGA40工作在25℃和25%負(fù)載下低負(fù)荷運(yùn)行的熱影像
50%的負(fù)載，輸出MOSFET溫度最高，差值為1℃
圖2 同一個轉(zhuǎn)換器在50%負(fù)載下的熱影像
100%的負(fù)載，輸出MOSFET溫度最高，差值為26℃
圖3 同一個轉(zhuǎn)換器在100%負(fù)載下的熱影像
在圖1，圖2和圖3中，熱影像圖表明溫度最高的器件會從一個工作點(diǎn)變化到另一個工作點(diǎn)。在這種情況下，除了負(fù)載電流外所有的條件都是相同的。隨不同工作點(diǎn)變化以及存在很大溫差的最熱器件可以用估算熱阻。
開架式轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢在于它可以把功率消耗分散到轉(zhuǎn)換器PCB上的多個器件。不同的工作點(diǎn)和負(fù)載條件下各器件的功率消耗不同。由于對外傳導(dǎo)的熱量并非來自于單個器件，因此單一熱阻的概念并不適用于開架式模塊。
基板式和開架式轉(zhuǎn)換器的對比
在下面的兩個例子所示為同一工作點(diǎn)和相同散熱條件下的兩種相同模式不同封裝的轉(zhuǎn)換器熱成像圖，開架式如圖4所示，基板式如圖5所示。可以看出它們的熱特性有很大不同，且基板式的設(shè)計使整個表面都在同一個溫度下。這說明開架式轉(zhuǎn)換器不能用單一熱阻來準(zhǔn)確描述。
圖4 工作在滿載，外界環(huán)境溫度25°C和風(fēng)速200lfm條件下的開架式轉(zhuǎn)換器
圖5 工作在與圖4所示相同條件下的基板式轉(zhuǎn)換器
在這個例子中熱阻是適用的，因為基板式轉(zhuǎn)換器只有一個溫度。由于耗散的能量為13W，在外界溫度為25℃條件下，底板/模塊溫度為74℃，所以這個例子的Θc-a在風(fēng)速為200lfm下為49℃/13W = 3.8℃/W。風(fēng)速越高，溫升就越小，Θc-a也越小。
總結(jié)
對于開架式轉(zhuǎn)換器來說，使用固定熱阻是不適用的，因為內(nèi)部的功率消耗器件溫度不一致，并且最熱的器件隨變化的電路工作點(diǎn)和負(fù)載條件而變化。對于密封式轉(zhuǎn)換器，從殼體到外部環(huán)境使用固定熱阻值是合理的，因為基板具有相同的溫度。
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