河南理工大学毕业设计（论文）说明书

4.2.4 功耗计算

稳压器的输入电压分为5个档位，每个档位之间的压差是定值，都为6V，所以，在没有电网波动的情况下，稳压器的输入输出压差最大为6V。

电网电压波动，当波动幅度达到10%时，稳压器输入直流电压最大，以30V档位为例，即

UImax?1.1?30?33V

所以稳压器承受的最大压差为：?U?33?24?9V。

最大功耗为：

W P??U?IOmax?9?5?45在24V档位时，ΔU为8.4V；在18V档位时，ΔU为7.8V；在12V档位时，ΔU为7.2V；在6V档位时，ΔU为6.6V。所以，当电压在30V档位时，稳压器的功耗最大，为45W。

因此，应该用散热功率?61.5W的散热器。

4.2.5 集成稳压器的散热器设计

LM338系列三端固定式集成稳压器。它把基准电压、放大器．取样器和保护电路全部集成在2．1×2．4mm啪硅片上， 只有输入、输出、公共三个引出端， 能以最简方式接入电路，获得稳定的输LM338系列产品属于功耗较大的集成稳压器， 作大电流输出时必须配上台适的散热器如果散热不良，芯片的结温超过125℃，稳压器内部的过热保护电路将对输出进行保护， 迅速将输出电流导致稳压器损坏。因此，正确设计散热器． 是使用三端稳压器的前提条件。

下面介绍散热器的设计原理、方法和实例。 (1)散热器的设计原理

散热器的材料一般可选用厚度为2mm的铝板(或铁板、铜板)。散热器的表面积应根据稳压器的功耗和热阻来计算。

①功耗和热阻对稳压器工作的影响

为保证稳压器能正常工作并达到设计指标，首先要把稳压器工作时产生的热量及时散发掉 稳压器允许的最大功耗取决于芯片的最高结温，仅当芯片的工作温度低于最高结温时，稳压器才能正常工作。因此，稳压器的散热能力愈强，其芯片的结温愈低，所能承受的功率也愈大。

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稳压器的散热能力取决于它的热阻所谓热阻，是用来表征各种材料的热传导性的物理量，一般用每单位功耗下材料的温升来表示，单位是“℃／W”。温升越高， 说明散热能力越差， 即热阻越大反之， 温升低则说明散热能力强， 即热阻小。

②功耗与热阻的关系在热传导过程中， 功耗与热阻的一般关系式为：

P?式中P——器件的功耗（W）；

?t （4-4） R?Δt——器件芯片温度与环境温度之差（℃）； R——在Δt温差下传导体媒介的总热阻（℃/W）； 对于不加散热器的半导体器件上式可写成：

t1?tAP1? （4-5）

R?1?R?2?R?3式中P1----半导体器件的功耗（W）；

t1----半导体器件的结温； tA----环境温度；

R?1----从结到外壳的热阻； R?2----从外壳到器件表面的热阻； R?3----从期间表面到周围空气的热阻。

若用R?表示从结一直到周围空气的总热阻， 并且用R?A表示从结到器件表面的热阻， 即器件本身的热阻， 则有关系式：

R??器件的功耗为：

R?1?R?3?R?A?R?3 （4-6） R?2P1?t1?tAt?t?1A （4-7） R?R?A?R?3?。设散热器对周围空气的热阻半导体器件加上散热器之后， 总热阻将变成R?为R?d， 因为器件现在是通过散热器与周围空气发生接触的．所以应当用R?d来代替上式中的R?3，如果忽略器件与散热器由于接触不良而造成的附加热阻，那末总热阻Re的表达式应为：

R'??R?A?R?d （4-8）

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加散热器后器件的功耗变成：

P2?t1?tA （4-9）

R?A?R?d只要散热器的面积足够大， 即可使R?d?R?3 因此，P2>P1。设计散热器时还应使P2小于器件的最大允许功耗Pm。而大于器件的实际最大功耗P，这样稳压器在工作时就不会超出允许最高结温t1

将上式稍作变换， 即可得到R?d的表达式：

t1?tAR?d??R?a （4-10）

P2在确定散热板面积时将要用到上式。

(2)散热器的设计方法

W338采用塑料壳封装，其体积较小。它的R?A、R?分别为6℃/W和62.5℃/W。散热板的热阻R?d与板的表面积S的关系曲线如图3所示。图中绘出铝板与铁板的两条曲线， 板的厚度均为2 mm。由图可见． 在表面积与厚度相同的情况下， 铝板的热阻较小， 散热性能优于铁板。

图4-10散热板热阻和板表面积关系曲线图

设计散热器时可遵循以下步骤： ①首先确定已知条件。

已知条件包括： 1.稳压器的设计功耗P2，要求P。≤ PI ≤ PMIN 2.允许的最高结温t1一般取125℃；3.最高环境温度tA；4.稳压器的封装形式；5.所选用的散热板材料(板厚为2mm)。

②根据封装形式。从附表上查出器件的R?A值。 ③利用⑤式求出散热板对空气的热阻R?d。

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④根据R?d值查图4.2.7的关系曲线，确定散热板的表面积S。实际面积可比S值略大些，以增加散热的保险系数(因4-10式中未考虑器件与散热板接触不良造成的附加热阻)。

(3)常见的散热器

图4-11为几种常用散热器的形状，分别为齿轮形、指状形和翼形，所加散热器面积大小的要求，参考大功率管产品手册上规定尺寸。除上述散热器商品外，还可用铝板自制平板散热器。

图4-11散热器

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