電源供應與電壓調節

散熱片(heat sink)

散熱片是栓在發熱元件上、把它的熱帶進空氣中、免得元件把自己煮熟的那塊帶鰭金屬。功率電晶體或線性穩壓器在一小片晶片上把能量浪費成熱;放著不管,那晶片的溫度會一路爬升到失效。散熱片給熱一個大表面好逃逸——就像把一道熱菜攤在一個寬而涼的盤子上,而非留在小杯子裡,於是散熱快得多。

熱的流動,模型就像電流的歐姆定律,溫差扮演電壓的角色、熱阻(每瓦多少度 C)扮演電阻的角色。晶片溫度等於環境溫度加上消耗功率 times 從接面到空氣的總熱阻:Tj = Tamb + P times (Rjc + Rcs + Rsa),三個熱阻分別是接面到外殼、外殼到散熱片(經絕緣墊片與散熱膏)、散熱片到空氣。例如:在 25 °C 的房間,把 5 W 消耗進一條總計 8 °C/W 的散熱路徑,接面在 25 + 5 times 8 = 65 °C——安全。把散熱片效能減半(Rsa 加倍),晶片可能超過它 125 到 150 °C 的極限而關斷或燒毀。

為何重要:熱設計正是許多線性穩壓器與功率電路生死攸關之處。你算出最壞情況的消耗、查出晶片的最大接面溫度,並選一片熱阻能讓你帶裕度地安穩低於它的散熱片,常降額到極限的 80%。誠實的細節:絕緣墊片與那層薄薄的散熱膏都會增加熱阻、靜止空氣遠差於流動空氣(一把風扇能讓散熱片脫胎換骨),而太小的散熱片只會讓元件運轉得很燙、老化得很快。

一顆 7805 以 0.8 A 把 12 V 降到 5 V,燒掉 (12 - 5) times 0.8 = 5.6 W。沒有散熱片時它的接面對空氣熱阻約 65 °C/W,所以它會想衝到 25 + 5.6 times 65 = 389 °C 而立刻觸發熱關斷。栓上一片 5 °C/W 的散熱片(加上約 2 °C/W 的接面與墊片),接面就安頓在約 25 + 5.6 times 7 = 64 °C。

熱阻就像歐姆定律:Tj = Tamb + P times R(熱)。

散熱膏與絕緣墊片是散熱路徑的一部分、不是事後補的:乾涸或塗錯的接合面可能多出好幾 °C/W、抵消一片好散熱片。而且許多穩壓器的散熱片金屬腳是帶電的(常是輸出或接地),栓到共用金屬機殼上時需要絕緣墊圈。

又稱
heatsink散熱器