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2025

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合金电阻散热设计:从源头到系统的层级策略

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【新闻概要】合金电阻因具有高精度、高功率密度、低温度系数等特性,广泛应用于电源、电机控制器、逆变器、充电桩、工业仪表等产品中。

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技术文档09-合金电阻应用散热设计策略.pdf   

 

合金电阻因具有高精度、高功率密度、低温度系数等特性,广泛应用于电源、电机控制器、逆变器、充电桩、工业仪表等产品中。其散热设计需结合产品的功率等级、空间限制、工作环境(如温度、振动)等因素,核心目标是将电阻温度控制在额定范围(通常-55~125℃,高功率型号可达150℃),避免因过热导致阻值漂移、可靠性下降甚至烧毁。以下是通用的散热设计思路和具体措施:

一、源头控制:基于功率与参数选型,降低散热压力

散热设计的前提是减少“产热”,通过选型优化从源头降低散热需求。

1.功率降额设计:预留安全裕量

合金电阻的功率损耗公式为P=I^2RI为工作电流,R为电阻值),实际应用中需严格执行功率降额——即实际损耗功率需远低于额定功率。

通用原则:按照合金电阻规格书提供的降额功率曲线设计。按2~3倍降额(环境温度越高,降额系数越大)。若环境温度超过50℃,建议按2倍以上降额(如实际3W,选10W以上)。

原因:电阻的额定功率通常基于25℃环境温度测试,高温环境下额定功率会衰减(如125℃时可能仅为25℃的50%)。

封装直接决定散热能力,需根据功率需求选择合适尺寸和结构:

大尺寸封装优先:毫欧电子产品线有贴片合金电阻常用封装有08051206251238254527(中大功率),插件式有TO-220TO-263TO-247HoVBHoBH、几字型等。不同产品,尺寸越大,散热面积越大,热阻越低。

 

贴片型:选择裸露合金的产品(如Ho-LRS系列、Ho-LRS(JZ)系列、Ho-VB

列),底部金属焊盘直接与PCB铜箔接触,热阻可降低30%~50%,加速热量向PCB传导。

插件型:裸露型插件合金电阻(如Ho-LR-JZHo-CY、焊接电阻系列)及带金属外壳或散热片的封装(如TO-220TO-247、模压片式等封装的合金电阻),外壳可

直接散热或者连接外部散热片,适合10W以上大功率场景。

 

二、PCB设计:构建高效热传导路径

合金电阻的热量主要通过PCB铜箔、焊盘传导扩散,因此PCB设计是散热的核心环节(尤其贴片型电阻)。

1.强化铜箔与焊盘的导热能力

加厚铜箔:采用2oz70μm)以上厚铜PCB(功率产品常用3oz~4oz),铜的导热系数(401W/(mK))远高于FR4基材,可降低电流路径的热阻,加速热量扩散。

增大焊盘与散热铜皮:

焊盘尺寸需与电阻封装匹配,且向周围延伸3~5倍于焊盘面积的散热铜皮(如2512电阻的焊盘约2.5mm×1.2mm,散热铜皮可扩展至5mm×3mm),形成“热扩散区”,通过更大面积的铜箔分散热量。

 

增大焊盘与散热铜皮:

焊盘尺寸需与电阻封装匹配,且向周围延伸3~5倍于焊盘面积的散热铜皮(如2512电阻的焊盘约2.5mm×1.2mm,散热铜皮可扩展至5mm×3mm),形成“热扩散区”,通过更大面积的铜箔分散热量。

散热铜皮需与PCB的接地平面(GND)或电源平面连接(通过过孔),利用整个平面的铜层作为“散热载体”。

2.优化散热过孔设计

在电阻焊盘或散热铜皮上布置密集的散热过孔,将热量从顶层铜箔传导至PCB底层或内层:

过孔参数:直径0.3~0.5mm,间距1~2mm,数量根据功率而定(如2W电阻可设4~6个过孔,5W以上设8~12个)。

过孔处理:过孔需“全铜填充”(避免空心导致导热不良),并连接到底层或内层的大面积铜层(如接地平面),利用多层PCB的铜层扩大散热面积。

3.布局规避热聚集

合金电阻应远离其他高发热元件(如功率管、电感、变压器),间距至少5~10mm(大功率场景需≥15mm),避免热辐射叠加导致局部高温。

多个合金电阻(如多相电源中的电流检测电阻)需分散布局,预留散热间隙(尤其风冷场景),避免集中发热。

 

三、辅助散热结构:强化热量导出(中大功率场景)

当合金电阻功率损耗较大时,仅靠PCB散热可能不足,需增加辅助结构加速热量向外界传递:

1.散热片与导热界面材料

贴片电阻:在电阻表面粘贴高导热硅胶垫(导热系数2~5W/(mK)),另一端连接金属散热片(铝合金或铜制),散热片可固定在产品外壳或机箱上,形成“电阻→硅胶垫→散热片→外壳”的导热路径。

注意:硅胶垫需有0.1~0.3mm压缩量,确保与电阻表面紧密贴合(避免空气间隙,空气导热系数仅0.026W/(mK),会严重阻碍散热)。

插件电阻TO-220封装的合金电阻可直接通过螺丝将金属外壳固定在散热片上,接触面涂抹导热硅脂(导热系数3~8W/(mK)),降低接触热阻。

2.灌封与密封环境散热

在密封或粉尘/潮湿环境(如户外设备、汽车电子)中,可采用导热灌封胶(如环氧树脂基,导热系数0.8~2W/(mK))将合金电阻与周围元件灌封,热量通过灌封胶传导至外壳,适合无法安装散热片的场景。

3.强制冷却(大功率场景)

当电阻损耗过大时,需结合主动冷却:

风冷:在电阻附近布置风扇,确保气流直接流经电阻表面,通过对流散热带走热量(适合10~50W场景,如工业电源)。

液冷:在电阻下方或散热片上贴合水冷板(如汽车电机控制器),冷却液(水或防冻液)通过管道循环带走热量,适合大功率场景。毫欧电阻-技术文档

 

四、总结

合金电阻的散热设计需遵循“降额选型→PCB传导→辅助散热”的层级策略,核心是通过“减少产热(选型)、加速传热(PCB与结构)、强化散热(冷却)”将温度控制在安全范围。实际应用中,需结合产品功率、空间限制(如消费电子需紧凑设计)和环境要求(如车规需超低温漂+防震),灵活选择方案,确保电阻长期稳定工作。

 

注:本文档如有更新,恕不另行通知。若您还想深入了解产品或解决方案,或特定场景的应用,欢迎随时咨询技术支持。


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