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三社

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當(dāng)整流橋等功率元器件的損耗較高時(shí)(>4.0W)，采用自然冷卻的方式已經(jīng)不能滿足其散熱的需求，此時(shí)就必須采用強(qiáng)迫風(fēng)冷的方式來確保元器件的正常工作。采用強(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí)，可以分成兩種情況來考慮:a)整流橋不帶散熱器;b)整流橋自帶散熱器。1、整流橋不帶散熱器對(duì)于整流橋不帶散熱器而采用強(qiáng)迫風(fēng)冷這種情況，其分析的過程同自然冷卻一樣，只不過在計(jì)算整流橋外殼向環(huán)境間散熱的熱阻和PCB板與環(huán)境間的傳熱熱阻時(shí)，對(duì)其換熱系數(shù)的選擇應(yīng)該按照強(qiáng)迫風(fēng)冷情形來進(jìn)行，其數(shù)值通常為20~30W/m2C。也即是:
整流橋不帶散熱器的強(qiáng)迫對(duì)流冷卻分析中可以看出，通過整流橋殼體表面的散熱途徑與通過引腳進(jìn)行散熱的熱阻是相當(dāng)?shù)?，一方面我們可以通過增加其冷卻風(fēng)速的大小來改變整流橋的換熱狀況，另一方面我們也可以采用增大PCB板上銅的覆蓋率來改善PCB板到環(huán)境間的換熱，以實(shí)現(xiàn)提高整流橋的散熱能力。
三相整流橋堆可以用在眾多電路中,用得最多的是在變頻器和各種大功率高頻電源中,作用就是三相整流，也就是將三相交流電變?yōu)橹绷麟姟?/span>
三相整流橋，將數(shù)個(gè)整流管封在一個(gè)殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)完整的整流電路。當(dāng)功率進(jìn)一步增加或由于其他原因要求多相整流時(shí)三相整流電路就被提了出來。
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整流橋背面通過散熱器的傳熱熱阻最小，而通過殼體正面的傳熱熱阻最大，通過引腳的熱阻居中;②比較整流橋散熱的總熱阻和通過背面散熱器傳熱的熱阻數(shù)值可以發(fā)現(xiàn):通過殼體背面散熱器傳熱熱阻與整流橋的總熱阻十分相當(dāng)。其實(shí)該結(jié)論也說明了，在此種情況下，整流橋的主要傳熱途徑是通過殼體背面的散熱器來進(jìn)行的，也就是整流橋上絕大部分的損耗是通過散熱器來排放的，而通過其它途徑(引腳和殼體正面)的散熱量是很少的。③由于此時(shí)整流橋的散熱狀況與散熱器的熱阻密切相關(guān)，因此散熱器熱阻的大小將直接影響到整流橋上溫度的高低。由此可以看出，在生產(chǎn)廠家所提供的整流橋參數(shù)表中關(guān)于整流橋帶散熱器的熱阻時(shí)，只可能是整流橋背面的結(jié)--殼(Rjc)或整流橋殼體上的總的結(jié)--殼熱阻(正面和背面熱阻的并聯(lián));此時(shí)的結(jié)--環(huán)境的熱阻已經(jīng)沒有參考價(jià)值，因?yàn)樗请S著散熱器的熱阻而顯著地發(fā)生變化的。
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整流橋在強(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí)的仿真分析前面本文從不同情形下的傳熱途徑著手，用理論的方法分析了整流橋在三種不同冷卻方式下的傳熱過程，在此本文通過仿真軟件詳細(xì)的整流橋模型來對(duì)帶有散熱器、強(qiáng)迫風(fēng)冷下的整流橋散熱問題進(jìn)行進(jìn)一步的闡述。
仿真計(jì)算模型如上圖是仿真計(jì)算的模型外型圖。在該模型中，通過解剖一整流橋后得到的相關(guān)尺寸參數(shù)來進(jìn)行仿真分析模型的建立。其仿真分析結(jié)果如下所示:
整流橋散熱器基板溫度分布，整流橋散熱器的基板溫度分布相對(duì)而言還是比較均勻的，約70 ℃左右。即使在四個(gè)二極管正下方的溫度與整流橋殼體背面與散熱器相接觸的外邊緣，也僅僅只有5 ℃左右的溫差。這主要是由于散熱器基板是一有一定厚度且導(dǎo)熱性能較好的鋁板，它能夠有效地把整流橋背面的不均勻溫度進(jìn)行均勻化。
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在整流橋的每個(gè)工作周期內(nèi)，同一時(shí)間只有兩個(gè)二極管進(jìn)行工作，通過二極管的單向?qū)üδ?，把交流電轉(zhuǎn)換成單向的直流脈動(dòng)電壓。對(duì)一般常用的小功率整流橋（如：RECTRON SEMICONDUCTOR的RS2501M）進(jìn)行解剖會(huì)發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)如圖2所示，該全波整流橋采用塑料封裝結(jié)構(gòu)（大多數(shù)的小功率整流橋都是采用該封裝形式）。橋內(nèi)的四個(gè)主要發(fā)熱元器件——二極管被分成兩組分別放置在直流輸出的引腳銅板上。在直流輸出引腳銅板間有兩塊連接銅板，他們分別與輸入引腳（交流輸入導(dǎo)線）相連，形成我們?cè)谕庥^上看見的有四個(gè)對(duì)外連接引腳的全波整流橋。由于該系列整流橋都是采用塑料封裝結(jié)構(gòu)，在上述的二極管、引腳銅板、連接銅板以及連接導(dǎo)線的周圍充滿了作為絕緣、導(dǎo)熱的骨架填充物質(zhì)——環(huán)氧樹脂。然而，環(huán)氧樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)是比較低的（一般為0.35℃W/m，最高為2.5℃W/m），因此整流橋的結(jié)--殼熱阻一般都比較大（通常為1.0~10℃/W）。通常情況下，在元器件的相關(guān)參數(shù)表里，生產(chǎn)廠家都會(huì)提供該器件在自然冷卻情況下的結(jié)—環(huán)境的熱阻（Rja）和當(dāng)元器件自帶一散熱器，通過散熱器進(jìn)行器件冷卻的結(jié)--殼熱阻（Rjc）。
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電力半導(dǎo)體芯片：超快恢復(fù)二極管(FRED)和晶閘管(SCR)芯片的PN結(jié)是玻璃鈍化保護(hù)，并在模塊制作過程中再涂有RTV硅橡膠，并灌封有彈性硅凝膠和環(huán)氧樹脂，這種多層保護(hù)使電力半導(dǎo)體器件芯片的性能穩(wěn)定可靠。半導(dǎo)體芯片直接焊在DBC基板上，而芯片正面都焊有經(jīng)表面處理的鉬片或直接用鋁絲鍵合作為主電極的引出線，而部分連線是通過DBC板的刻蝕圖形來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)三相整流橋電路共陽和共陰的連接特點(diǎn)，F(xiàn)RED芯片采用三片是正燒(即芯片正面是陰極、反面是陽極)和三片是反燒(即芯片正面是陽極、反面是陰極)，并利用DBC基板的刻蝕圖形，使焊接簡(jiǎn)化。同時(shí)，所有主電極的引出端子都焊在DBC基板上，這樣使連線減少，模塊可靠性提高。
外殼：殼體采用抗壓、抗拉和絕緣強(qiáng)度高以及熱變溫度高的，并加有40％玻璃纖維的聚苯硫醚(PPS)注塑型材料組成，它能很好地解決與銅底板、主電極之間的熱脹冷縮的匹配問題，通過環(huán)氧樹脂的澆注固化工藝或環(huán)氧板的間隔，實(shí)現(xiàn)上下殼體的結(jié)構(gòu)連接，以達(dá)到較高的防護(hù)強(qiáng)度和氣閉密封，并為主電極引出提供支撐。