半导体制冷技术应用于大功率器件散热方面的研究

　　0 引言

　　随着电子设备的元器件集成度越来越高，热流密度的急剧增加，电子设备的散热问题一直是业界关注的一个焦点。如何能在提高电子元器件集成度的同时有效散热，保证电子设备能够按照设计要求正常工作，建立合理的大功率电子器件散热模型是目前电气领域的关键技术之一。在煤矿井下环境中这一技术能保障大功率电子器件的有效散热，从而防止电气设备温度过高，降低安全事故隐患。

　　1 大功率晶体管

　　文中以大功率晶体三极管为例来研究。晶体三极管的参数大都对温度很敏感，在实际的应用电路中很多时候都要考量晶体管及其参数受温度影响的大小。如果实际工作电路要求很高的精确度，或是对

　　器件的温升有要求，就要想办法把三极管受温度影响的程度降到最低。大功率晶体管通常是指集电极最大耗散功率大于1W，或集电极最大电流大于1A的三极管。由于大功率晶体管和小功率晶体管无论在结构还是在工作原理上都很相似，故本实验中的大功率晶体管采用常用的共发射极接法。

　　通常情况下，由于大功率晶体三极管的外壳散热率很低，都要外加散热器。所以有关大功率晶体管这类大功率电子器件的散热问题一直是备受人们关注的。

　　2恒温控制系统

　　恒温控制电路如图1 所示：

　　这个恒温控制电路应用负反馈原理，利用温度传感器把热负载的温度信号转换成可被电路识别的电信号，这个电信号就是反馈信号。预先的温度设置也是以电信号的形式给出的，它和反馈信号经过由集成运算放大器构成的减法器运算，将产生的差值再经PID(比例-积分-微分)电路处理，产生的信号控制TEC 执行加热或是制冷的任务，从而实现恒温控制。

　　3实验平台的构建

　　该实验按照图2 安装组件。

　　在实验中，为了增加实验各个部件间的接触面积，给实验器件的接触面涂了导热硅脂以减小接触热阻，增加热传导的效果。

　　4 实验数据

　　该实验按图3 搭建电路。使用的是NEC D882三极管，NPN 型，最大电流3A，耐压40V，功率为30W。为了方便对三极管各极电压的制和对所得数据的计算，实验中没有使用基极和集电极限流电阻。该实验选用的热敏电阻是MF51C-3950-103 型，为负温度系数，标称电阻值R25=10Ω，恒温控制器取样电流为0.1mA。

　　(1)环境温度实测

　　实验中只加NTC，暂不加热负载和 TEC。

　　实测环境温度大约为20.80℃。

　　(2)测量热负载温度(不加 TEC)