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(diǎn)間指標(biāo)性的評價(jià)。
符號——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(jì)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(shí)應(yīng)達(dá)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(jì)提供的，來自于器件手冊的參數(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(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(gè)風(fēng)速（m/s），測量進(jìn)、出風(fēng)溫度，通過計(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，不同長度的散熱器，可得到不同的曲線。
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(jì)計(jì)算
pj2——電路設(shè)計(jì)計(jì)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(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)，來簡化計(jì)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(jì)余量儲備，由于影響小，所以不會影響經(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問題，把散熱設(shè)計(jì)到最大化，也就剛剛滿足需求，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(jì)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(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)。