0 引言

　　在電力電子工程的領(lǐng)域中，它是為各種電子控制設(shè)備服務(wù)的。凡是用晶閘管的地方，就要按設(shè)計(jì)者意圖把它們組成一個(gè)功能線路。例如各種單相、三相、六相整流橋路，反并聯(lián)線路，還有多支晶閘管的并聯(lián)、串聯(lián)應(yīng)用線路等等。不同的應(yīng)用，就有不同的線路，真可謂千變?nèi)f化、不勝枚舉。

　　在這樣一個(gè)有獨(dú)立功能的功率模塊中，在通大電流工作時(shí)，其發(fā)熱和散熱是一對(duì)十分重要的矛盾，應(yīng)用者應(yīng)該了解其來(lái)龍去脈，妥善解決。否則會(huì)對(duì)整機(jī)可靠性造成重大影響。在一個(gè)2500A直流輸出的三相全波整流橋工作時(shí)，這個(gè)單元自身發(fā)出的熱量可高達(dá)約6KW數(shù)量級(jí)，如不及時(shí)把此熱量散去，則后果不堪設(shè)想。

　　僅就風(fēng)冷而言，散熱所涉及的內(nèi)容包括：散熱器、風(fēng)機(jī)、風(fēng)道。而涉及的學(xué)科包括流體力學(xué)、傳熱學(xué)、材料學(xué)、風(fēng)道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。

　　1 晶閘管的發(fā)熱（功耗）原理

　　晶閘管自身功耗包括正向電流產(chǎn)生的功耗、開關(guān)損耗和反向漏電流損耗。在工頻條件下使用開關(guān)損耗極小，漏電流損耗相對(duì)比重不大，約在一、二十瓦之內(nèi)，故后兩項(xiàng)不在本文中討論。

　　1.1晶閘管的正向特性：

　　圖1：晶閘管正向特性曲線

　　晶閘管正向特性曲線不是線性的，可近似看作兩條直線組成：在電壓VT0以前（即小于VT0時(shí)）晶閘管正向未能有效導(dǎo)通，電流極??；當(dāng)電壓大于VT0時(shí)，電流隨電壓上升，可看作一條直線，而且存在斜率，以斜率電阻rT0表示，單位為Ω（歐姆）。

　　圖中曲線的函數(shù)關(guān)系為：

　　1.2晶閘管的正向功耗

　　正弦波時(shí)：

　　式②代入①，

　　IFM為正弦波時(shí)的峰值電流，同樣VFM可表示為正弦波的峰值電壓。

　　正向平均電流：

　　正向平均電壓：

　　正向功耗：

　　計(jì)算化簡(jiǎn)后：

　　式中F為波形因子，隨導(dǎo)通角而變。

　　在正弦波阻性負(fù)載時(shí)：

　　式中 IF·F=IF（RSM） ，IF（RSM）為正向電流有效值。因此在計(jì)算中可直接使用晶閘管的正向電流有效值。

　　由于晶閘管正向功耗P是由iF與vF乘積對(duì)0到180°角積分而得的，因此不是線性關(guān)系。用儀表測(cè)得的平均電流乘平均電壓求功耗的方法是不對(duì)的。

　　在晶閘管產(chǎn)品說(shuō)明書的參數(shù)表上都要列出每種規(guī)格晶閘管的VT0 和rT0 。

　　3 散熱器熱阻Rth（c-A）

　　散熱器熱阻可分為穩(wěn)態(tài)熱阻和瞬態(tài)熱阻兩種。

　　3.1熱阻Rth的概念：

　　熱阻是熱導(dǎo)的倒數(shù)，單位是：℃/W （℃/瓦）具有溫差的導(dǎo)熱體兩端存在熱量由溫高一端傳到溫低一端的現(xiàn)象。如溫高一端發(fā)熱功率為P，它們之間符合如下關(guān)系：

　　P是A端穩(wěn)定產(chǎn)生的熱功率。Rth 小時(shí)TA - TB 也小，即溫差也小，反之溫差也大?？梢姛嶙栊〉膶?dǎo)熱體很快就能把熱端熱量傳導(dǎo)出來(lái)。

　　散熱器穩(wěn)態(tài)熱阻可以用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算近似值：

　　自冷條件下：

　　風(fēng)冷條件下：

　　其中：l為散熱器肋長(zhǎng)； b為肋厚； L為散熱器長(zhǎng)； n為肋數(shù)；A為表面積； uS為風(fēng)速；所用單位： l：米、A：米2、b：米、L：米、uS： 米/秒

　　肋長(zhǎng)即為散熱器翅片長(zhǎng)

　　式中：a 取2.5;KS（鋁）=140千卡/時(shí)·米·℃ ;KS（銅）=340千卡/時(shí)·米·℃

　　散熱器熱阻除了上述用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算外，一般由生產(chǎn)單位在樣本上提供，也可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定（國(guó)標(biāo)GB/T 8446.2-2004）。

　　3.2 穩(wěn)態(tài)熱阻

　　穩(wěn)態(tài)熱阻是指系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量與散去的熱量相等時(shí)的熱阻。此時(shí)，散熱器上各點(diǎn)溫度恒定，處于平衡狀態(tài)。上面介紹的計(jì)算公式適用于穩(wěn)態(tài)熱阻。

　　3.3瞬態(tài)熱阻

　　瞬態(tài)熱阻表示的是熱平衡建立前從受到熱沖擊起到建立熱平衡（即各點(diǎn)溫度恒定不變）止，散熱器熱阻值的變化的過(guò)程。熱阻值是從小到大逐漸變的。