开关电源知识库

50_电源设计流程 01 —— 热设计：热阻链、散热计算、风冷/自然对流与温度测试

本篇回答的问题：开关电源的首要失效诱因是热——电解电容因过热失效、MOSFET 结温超限、变压器绕组烧毁、焊点热循环开裂，几乎每类失效都能追溯到“某处过热”。本篇把热设计变成一套可核算的流程：损耗从哪来 → 热怎么流走（热阻链）→ 结温是多少 → 用什么手段降温 → 怎么测准 → 与寿命怎么联动。会核算之后，散热就不再是“加个散热片、开个通风孔”式的经验做法，而是先算功率损耗、再定热阻预算、再选散热手段的固定流程。

与库内文档的关系：损耗计算是热设计的输入，见 03_功耗计算全译（导通损耗=式 4、开关损耗=式 21）；热阻链与铜箔/过孔散热见 05_开关电源PCB布局设计 §8；电解电容寿命联动见 11_电容家族 Nichicon 全译（式 2-19）与本类 01_可靠性设计；EVM 热像实测数据取自 NCP1680 EVBUM2822、NCP1680 EVBUM2886、UCC28781 EVM、NCP1568 EVBUM2734；封装热阻与结温测量原理见 09_平面MOSFET 00/04 篇、SiC 应用笔记全译。

数据规范：热阻链、传热系数、传热公式标“教科书/标准通识（以现行标准为准）”；库内 EVM 热像与器件热阻数据标出处；散热器选型经验、失效率温度系数等工程口径标「业界经验」；独立推算标“本篇推算”；严禁编造。公式 LaTeX。

1. 热的来源与去向：先核算，再散热

1.1 先给结论

热设计只有要点：先把功率损耗算出来，再把每瓦损耗对应的温升压到安全值以内。前者是“来源”，后者是“去向”——来源由损耗计算决定（见 09_功耗计算篇），去向由热阻链决定。热阻（thermal resistance）把“温度差”和“功率”串起来，像电阻把“电压差”和“电流”串起来一样：单位瓦的损耗在一定的热阻上产生多少度温升，一算就清楚。

1.2 机理：热阻的定义与量纲（教科书/标准通识）

热阻 $R_{th}$（或 $\theta$）定义为单位热流（功率）引起的温差：

$$R_{th} = \frac{\Delta T}{P}\,,\qquad \text{单位 } \mathrm{\,^{\circ}\mathrm{C}/W\ (或\ K/W)}$$

量纲直觉：$R_{th} = 1\ \mathrm{\,^{\circ}\mathrm{C}/W}$ 表示“每耗散 1 W 温度升高 1 ℃”。热阻链与电阻链遵守完全相同的串联加法规则：热从芯片结（junction）出发，逐段经过封装（结-壳）、界面材料（壳-散热器）、散热器到环境（散热器-环境），每一段都是串联热阻：

$$\theta_{JA} = \theta_{JC} + \theta_{CS} + \theta_{SA}$$

有了热阻链，结温就是一条算术题：

$$T_j = T_a + P_{diss}\times\theta_{JA} = T_a + P_{diss}\times(\theta_{JC}+\theta_{CS}+\theta_{SA})$$

1.3 机理：为什么“算功率损耗”是热设计的前提

热阻链公式里唯一的自由变量是 $P_{diss}$——损耗算错，后面全是白算。而损耗计算有一套成熟工具（Infineon AN 方法，库内 09_平面MOSFET/02 篇全译）：

$$P_{diss} = P_{cond} + P_{sw} = R_{DSon}\cdot I_{Drms}^2 + (E_{on}+E_{off})\cdot f_{sw}\qquad \text{（出处：平面02 篇 式 4/21）}$$

两个必须记住的陷阱（均为库内已记录口径）：

  1. RDS(on) 要用热态值。RDS(on) 随结温正温度系数，平面篇译注补例 α≈0.47 %/K，100 ℃ 温升后约 +60%（3.3→5.3 mΩ）——用 25 ℃ 表值算电流余量会高估约 40%（出处：平面02 篇 §2.1.1 补例、待核实总表）。
  2. 开关损耗随频率线性涨。硬开关下电压电流交叠 + Qrr 的能量乘以 fsw，频率翻倍损耗翻倍——软开关拓扑（QR/LLC/ACF/ZVS）省的主要就是这一项（出处：平面02 篇 §2.2.3 补例 3）。

1.4 代入数值：65 W QR 主开关的完整热阻链（本篇复算）

以 65 W USB-PD 准谐振反激（NCP1342 路线）主开关为例，库内 65W 对比篇给：初级峰值电流 I_pk = 3.44 A、I_RMS = 1.38 A（出处：65W 对比篇 §3.2 NCP1342 列）。选一只 650 V 超结管，本例假设 RDS(on)≈0.30 Ω @25 ℃（典型 650 V 超结档位）：

$$P_{cond} = R_{DSon}(125\,^{\circ}\mathrm{C})\cdot I_{Drms}^2 = (0.30\times 1.6)\times 1.38^2 \approx 0.48\times 1.90 \approx 0.91\ \mathrm{W}$$

QR 谷底开通消除大部分开通损耗，关断损耗按量级估 0.5~1 W（本例假设）→ 主开关总损耗 ≈ 1.4~1.9 W ≈ 1~2 W。这个量级与 65W 对比篇 QR 列的损耗核算一致（RCD 烧漏感 ≈0.7 W、采样电阻 0.38 W、次级肖特基 ≈2 W——主开关 1~2 W 是同一次核算中的主要项之一）。

热阻链代入（Ta = 40 ℃ 最坏环境）：

工程含义：同一只管子、同一项损耗，只因为 PCB 铜箔散热条件不同，结温从 100 ℃ 变成 160 ℃。热设计不是选型问题，是“损耗核算 × 热阻核算”的联立。

1.5 可照做

  1. 热设计第一步永远是开一张损耗表：每只功率器件一行（导通/开关/驱动/体二极管），来源标清楚。
  2. 定 θJA 预算：先定允许结温（通常 ≤125 ℃，见 §6），减去环境温度，除以损耗，得到“允许的 θJA”，再反推需要多大铜箔/散热器。
  3. 热态电阻：损耗计算里的 RDS(on) 一律用估算结温下的值（×1.5~1.8 起步）。

2. 三种散热机制：传导、对流、辐射

2.1 先给结论

热从器件到空气只有三条路：传导（固体导热）、对流（流体带走）、辐射（电磁波散走）。开关电源里三者都真实存在：传导负责“把热从芯片引到大面积铜箔/散热器”，对流和辐射负责“把热最终交给空气”。三种机制的量级差别悬殊，决定了“哪种手段最划算”。

2.2 传导：把热从一点摊到一大片

机理：热沿固体内部传递，由傅里叶定律（教科书/标准通识）：

$$R_{cond} = \frac{L}{k\cdot A}$$

$L$ 为导热路径长度、$A$ 为截面积、$k$ 为热导率。关键材料热导率（教科书/标准通识）：铜 385~401 W/(m·K)、铝 200~237、FR-4 玻纤板约 0.25~0.4、空气约 0.026、导热硅脂 1~5 W/(m·K)。

代入数值（本篇推算）：1 cm × 1 cm、2 oz（厚 70 µm）的铜箔，热从一边到另一边：截面积 = 70 µm × 1 cm = 7×10⁻⁷ m²，$R = 0.01/(385\times 7\times10^{-7}) \approx 37\ \mathrm{\,^{\circ}\mathrm{C}/W}$。1 oz（35 µm）翻倍到约 74 ℃/W；四层板四层 2 oz 铜平面并联 → 约 9 ℃/W。工程含义：一片 1 cm 见方的铜箔本身就有几十 ℃/W 的横向热阻，传导散热的本质是用多层大面积铜箔把热从热点“摊平”到整个板面，摊平之后热阻才能低。

适用场景：PCB 铜箔、铝基板/IMS、散热器本体、陶瓷基板（LED/功率模块）。效率量级：铜箔/铝板是“免费”的传导通道，成本最低、最先用。

2.3 对流：把热交给流动的空气

机理：表面与空气的换热，牛顿冷却定律（教科书/标准通识）：

$$R_{conv} = \frac{1}{h\cdot A}\,,\qquad P = h\cdot A\cdot \Delta T$$

表面换热系数 h 的量级（教科书/标准通识，静止空气）：自然对流约 5~25 W/(m²·K)（垂直平板典型 ~10）；强制风冷约 25~250 W/(m²·K)（风道内典型 50~100）。空气热导率极低（0.026 W/m·K），所以对流散热必须靠面积和气流。

代入数值（本篇推算）：100 cm²（0.01 m²）黑化表面，自然对流 h=10：$R_{conv} = 1/(10\times0.01) = 10\ \mathrm{\,^{\circ}\mathrm{C}/W}$——1 W 温升 10 ℃。强制风冷 h=100：$R_{conv} = 1/(100\times0.01) = 1\ \mathrm{\,^{\circ}\mathrm{C}/W}$——同一块表面，风扇把热阻压了 10 倍。这就是“强制风冷功率密度能高一个量级”的定量来源。

适用场景：自然对流（适配器/砖头电源/室内设备，安静、无活动件）、强制风冷（通信电源、服务器电源、车载、大功率>200 W）。

2.4 辐射：黑化表面在红外波段“发光”

机理：斯蒂芬-玻尔兹曼定律（教科书/标准通识）：

$$P_{rad} = \varepsilon\,\sigma\,A\left(T_1^4 - T_2^4\right)\,,\qquad \sigma = 5.67\times10^{-8}\ \mathrm{W/(m^2\cdot K^4)}$$

发射率 ε 由表面状态决定（教科书/标准通识）：抛光铝/光亮铜 ε≈0.04~0.1（几乎不辐射）；阳极氧化黑化/黑色漆 ε≈0.8~0.95（辐射主力）。辐射与绝对温度的四次方成正比，温差越大、温度越高辐射越强。

代入数值（本篇推算）：100 cm² 黑化表面（ε=0.9），表面 90 ℃（363 K）、环境 25 ℃（298 K）：$P_{rad} = 0.9\times5.67\times10^{-8}\times0.01\times(363^4-298^4) \approx 4.8\ \mathrm{W}$——对应辐射等效热阻约 65 ℃/4.8 W ≈ 13.5 ℃/W，与自然对流（10 ℃/W）同一量级。工程含义：100 ℃ 上下的散热器，辐射贡献约占总散热的 20~40%，“表面黑化”不是装饰是散热手段；但在 60 ℃ 以下、金属抛光面，辐射可以忽略。

2.5 三种机制的协同与取舍

机制 量级 手段 适用
传导 k=0.03（空气）~400（铜）W/m·K 铺铜、铝基板、散热器 先把热摊平、引走
自然对流 h≈5~25 W/m²·K 大面积表面、竖直摆放、散热器翅片 <200 W、安静场合
强制风冷 h≈25~250 W/m²·K 风扇+风道 >200 W、高密度场合
辐射 ε：0.05（抛光）~0.95（黑化） 阳极氧化/黑漆 散热器表面处理，锦上添花

设计顺序（业界经验）：先传导（铺铜/过孔把热点摊平）→ 再对流（面积或风扇）→ 最后辐射（表面黑化）。辐射单独难以承担大功率散热，但配合传导+对流能省 20~40% 散热面积。

3. 热阻计算与温升预估：从损耗到结温

3.1 先给结论

结温预估就是 $T_j = T_a + P\cdot\theta_{JA}$ 一式的工程化。难点不在公式，在θJA 怎么估：它随封装、铜箔面积、散热器、气流变化一个量级以上。本节给一套“先估 θJA、再算结温、再用库内 EVM 热像验证”的流程。

3.2 机理：θJA 的量级与组成

没有散热器、只靠 PCB 铜箔时，θJA 由封装热阻与板上铜箔面积共同决定（教科书/标准通识 + 库内数据）：

封装/散热条件 θJA 量级 出处
SOT-23 / TSOP-6 小封装 150~250 ℃/W NCP4307 TSOP-6 按 250 ℃/W 核算（待核实总表）
SO-8 / SOIC-16（无散热焊盘） 80~130 ℃/W NCP1399 SOIC-16 标称 130 ℃/W（NCP1399/04 §3.6）
DPAK / TO-220 / SO-8 带散热焊盘 + 1 in² 铜箔 40~80 ℃/W 平面04 篇补例 4：1 in² 2 oz 板 ≈62.5 ℃/W
同上 + 多层内层铜平面 20~40 ℃/W NCP1680 EVB 内层铜平面实证（§3.5）
加铝挤散热器（自然对流） 5~20 ℃/W 教科书/通识量级
散热器 + 强制风冷 1~5 ℃/W 教科书/通识量级

为什么“40~80 ℃/W”是中小功率电源最常见的量级：DPAK/TO-220/大焊盘 SO-8 配 1~2 in² 铜箔正好落在这一档。注意 θJA 是板上条件而不是纯封装参数——datasheet 给 θJA 时一定注明测试用铜箔面积，不同面积下数字不可直接比（出处：平面04 篇补例 4 的“差 40 倍”警示）。

3.3 机理：铜箔面积如何降 θJA

铜箔面积越大、层数越多，θJA 越低，但收益递减（教科书/标准通识趋势 + 平面04 篇锚点）：datasheet 曲线典型趋势是铜箔从 0.1 in² 加到 1 in²，θJA 下降约一半；从 1 in² 再加到 4 in²，只再降 20~30%。库内锚点数字：1 in² 2 oz 板上 RθJA≈62.5 ℃/W，对应 PDSM=(150−25)/62.5≈2 W——“一只 SO-8 功率管在标准测试板上最多散 2 W”就是这么来的（出处：平面04 篇补例 4）。反过来读：想散 4 W 又要结温不超过 125 ℃，就得把 θJA 压到 (125−40)/4≈21 ℃/W 以下——单层 1 in² 铜箔不够，要加内层平面或散热器。

3.4 机理：散热器选型（θSA 与体积）

散热器热阻 θSA 的对流项就是牛顿冷却定律：$R_{SA} \approx 1/(h\cdot A_{总})$，A_总 是含翅片的总表面积（教科书/标准通识），辐射并联可再降 30~50%（业界经验）。反推流程：

$$\theta_{SA} \leq \frac{T_{j,max} - T_a}{P} - \theta_{JC} - \theta_{CS}$$

代入数值（本篇复算）：器件 P=10 W、Tj,max=125 ℃、Ta=50 ℃、θJC=1 ℃/W、θCS=0.3 ℃/W：$\theta_{SA} \leq (125-50)/10 - 1.3 = 7.5 - 1.3 = 6.2\ \mathrm{\,^{\circ}\mathrm{C}/W}$。按自然对流 h≈10 折算约需总表面积 A_总 ≥ 1/(10×6.2) ≈ 160 cm²（含翅片）——一片 4 cm×6 cm 基座、十几片翅片的铝挤型材量级。体积经验（业界经验）：自然对流散热器比热阻粗略按“每 50~100 cm³ 体积给出约 3~5 ℃/W”，加风扇可把同体积散热器的 θSA 压 2~4 倍；体积翻倍热阻约降 30~40%（收益递减）。

3.5 用库内 EVM 热像数据验证估算 ★

估算值必须拿到实板上校核。库内四份 EVM 热像正好覆盖“铜箔散热”和“磁件/绕组”两类验证：

① NCP1680 EVBUM2822（300 W 图腾柱 PFC，纯铜箔散热）：90 Vac、300 W 满载、25 ℃ 环境、无外部气流、无散热器，快/慢桥臂开关管温度均 低于 60 ℃——比室温仅高 35 ℃；原文明言“PCB 内层铜平面充当散热器”（出处：EVBUM2822 精译 §热性能）。交叉验证（本篇推算）：假设每只 GaN/Si 桥臂管满载损耗 1.5~2 W（300 W 级 PFC 的合理量级），则 θJA(eff) ≈ 35/1.75 ≈ 20 ℃/W——与“多层内层铜平面把 θJA 压到 20~40 ℃/W”的 §3.2 量级表吻合。估算与实测互相印证。

② UCC28781 EVM（60 W ZVS 反激）：满载热成像显示最热点是变压器绕组——500 VDC 输入 104 ℃、264 VAC 98.3 ℃、250 VDC 88.3 ℃、180 VAC 91.5 ℃；SR 栅极驱动电阻 R11 也在 86.9~93.7 ℃（出处：UCC28781 EVM 精译 §8.6）。工程读法：板上第一热源往往不是开关管而是磁件，热设计必须给变压器留温升预算（磁材 100 ℃ 附近的磁损谷点见待核实总表磁件行）；绕组 104 ℃ 是“还能跑但接近材料极限”的档位，量产设计建议再降 10~20 ℃（业界经验）。

③ NCP1680 EVBUM2886（300 W PFC+LLC 两级，无散热器）：90 Vac 满载热像覆盖 PFC 级四点——IMS 半桥模块背面、电感磁芯、电感绕组、慢桥臂 MOSFET；板尺寸 134×62×18 mm、功率密度 >36 W/in³，无散热器设计（出处：EVBUM2886 精译 §热像）。这是“IMS 铝基板 + 内层铜平面”在高密度适配器里替代散热器的实证。

④ NCP1568 EVBUM2734（60 W ACF）：两档热像（115/230 Vac 满载），各点温度读数在热成像位图内，原文未单列数值（出处：EVBUM2734 精译 §热数据）。

3.6 可照做

  1. 预估算流程固定四步：损耗表 → θJA 量级（查 §3.2 表）→ 结温 → 不达标就加铜箔/内层/散热器/风扇，重新算。
  2. 散热器反推公式写进选型表：θSA ≤ (Tj,max−Ta)/P − θJC − θCS，一步算出需要的总表面积。
  3. 实板验证用 EVM 同类口径：标环境温度、气流、负载、输入电压——热像数据没有这四行条件不可比。

4. 散热设计手段：铺铜、过孔、散热器、铝基板、TIM、风扇

4.1 先给结论

散热手段按“成本从低到高、效果从弱到强”排：PCB 铜箔/过孔阵列（免费）→ 铝基板/IMS（板级）→ 散热器+TIM（器件级）→ 风扇/风道（系统级）。开关电源的工程顺序永远是先用够前两级，实在不行再上后两级——NCP1680 EVB 证明 300 W 无散热器也能做（靠内层铜平面），而大功率/密封环境迟早要动散热器和风扇。

4.2 PCB 铜箔铺铜与过孔阵列

4.3 散热器与热界面材料（TIM）

4.4 铝基板 / IMS（绝缘金属基板）

4.5 风扇与风道设计

4.6 GaN/SiC 的高功率密度散热挑战 ★

宽禁带器件用更小的芯片承受同样的功率，使热耗集中于更小的面积——散热挑战不是消失了而是变了形（呼应 09_器件层）：

4.7 可照做

  1. 散热手段按“免费 → 板级 → 器件级 → 系统级”顺序上，每上一级重新算一遍 θJA 预算。
  2. 过孔阵列是布局参数：0.3 mm、9~16 只起步，填锡可再降；位置在功率焊盘正下方、连内层平面。
  3. TIM 选型先查扭矩额定（模块 ≤3.5 N·m 量级）再谈导热系数；硅脂防 pump-out 用点胶工艺固定。
  4. 宽禁带器件（SiC/GaN）热设计默认“小面积高密度”：留足瞬态热容、Tj 按封装额定而非材料极限、模块 NTC 必须标定映射。

5. 热测试与验证：热电偶、热像仪、环温试验

5.1 先给结论

热测试回答三个问题：器件到底多热（结温）→ 板上哪最热（热像）→ 最坏环境能否耐受（环温）。三样工具对应三问：热电偶测壳温/点温、结温用 Tc 反推；热像仪看全场找热点；温箱/老化做环温与寿命验证。测试口径不写清楚的热数据没有价值——环境温度、气流、负载、输入电压、预热时间五要素缺一不可。

5.2 热电偶测温点选择

5.3 结温怎么测：Tc 反推 Tj（厂商 Tc 实测方法）

结温不可直接测，标准做法（教科书/标准通识 + 库内平面04 篇 §12）：测壳温，用 datasheet 热阻反推：

$$T_j = T_c + P_{diss}\times\theta_{JC}$$

代入数值（本篇复算）：器件 P=10 W、θJC=1 ℃/W，热电偶测 Tc=85 ℃ → $T_j = 85 + 10\times1 = 95\ \mathrm{\,^{\circ}\mathrm{C}}$。注意两点：P 必须用该测试工况的实际损耗（不是额定值）；θJC 用 max 值取保守（业界经验：datasheet 给 typ 与 max 两档时，预算用 max、评估用 typ）。

控制器 IC 的同类核算（驱动损耗计入封装热）：驱动 IC 的发热常被低估——栅驱动损耗 $P_{gate} = Q_g\cdot V_{DD}\cdot f_{sw}$ 全耗在驱动器封装里。库内 MP6951 例：1 MHz × Qg 70 nC → 栅损 ≈0.46 W → 温升约 101 ℃ → TJ≈126 ℃，“封装先于硅片过热”（出处：待核实总表 MP6951 行）——这就是“高频控制器必须做驱动损耗热核算”的实证。同思路：NCP1399 SOIC-16 自耗 0.35 W（IC 静态 81 mW + 双路栅驱动约 0.27 W）→ 温升约 45 ℃，所以“芯片别贴着变压器放”（出处：NCP1399/04 §3.6）。

厂商的“结校准”方法（出处：平面04 篇 §12 全译）：测热阻前先做校准曲线——把器件当二极管，强制 10 mA 感测电流 IS、测正向压降 VFSD，VFSD 随结温单调变化，标定成“VFSD ↔ Tj”曲线；此后热测试同样强制 10 mA，由 VFSD 反推结温。这是电学法测结温（JEDEC 标准方法）的原理，比热电偶更准——热电偶只能测壳/环境，电学法直接读结。库内实例：SiC 栅驱动篇对栅驱动器 IC 用 $P_d = (T_{j,max}-T_a)/R_{th}$ 反推允许功耗（180 ℃/W → 694 mW @150 ℃/25 ℃），就是同一逻辑（出处：SiC 栅驱动篇 §4.6/§5）。

5.4 热像仪使用：发射率校正

热像仪测的是表面红外辐射，不是温度本身——读数依赖目标表面发射率 ε（教科书/标准通识 + 业界经验）：

5.5 环温试验：温箱与老化

5.6 可照做（热测试 checklist 见 §7.4）

  1. 热像仪先贴黑参考点校 ε，再全场扫一遍找热点；热点的精确认证交给热电偶。
  2. 结温一律 Tc 反推（Tj = Tc + P·θJC），P 用实测工况损耗；要更高精度用 VFSD 电学法。
  3. 环温试验按“标称最高环境 + 最低输入 + 满载 + 热平衡”四条件打组合拳。

6. 热与寿命/可靠性联动：10 ℃ 减半法则与设计目标

6.1 先给结论

热设计的最终裁判不是“结温没超规格”，而是**“这台电源在目标寿命内不坏”**。而温度与寿命之间有一条粗暴但有效的指数法则：温度每降 10 ℃，失效率/寿命大致向好的方向翻倍——电解电容是精确公式（式 2-19），半导体失效率是近似经验。热预算定多少，等于在定寿命预算。

6.2 电解电容：10 ℃ 减半的精确公式

铝电解寿命公式（出处：Nichicon 篇 §2-9-6，式 2-19）：

$$L_n = L_o \times 2^{\frac{T_o - T_n}{10}} \times 2^{\,1-\frac{\Delta t_n}{K}}\,,\qquad \Delta t_n = t_0 \times \left(\frac{I_n}{I_m}\right)^2$$

三个记忆锚点（出处：Nichicon 篇）：环境温度每降 10 ℃ 寿命翻倍（公共指数 2^((To−Tn)/10)）；纹波电流按平方进入温升（Δtn∝In²，纹波降一半温升降 3/4）；推算寿命 15 年封顶。代入库内例：105 ℃/2000 h 卡扣电容、60 ℃ 环境、纹波恰为额定 → 约 61 500 h ≈ 7 年（出处：Nichicon 篇 §2-9-6 译者代入例）。热设计推论（布局篇 §8.3）：把电容环境温度降 10 ℃ 就是寿命翻倍——电解电容远离变压器/MOSFET、不摆发热元件背面，是“免费”的寿命设计。纹波温升上限直接查表 2-6：315 V 以上卡扣型，环境 40/55/65/85/105 ℃ 对应中心温升限 Δtc = 30/30/25/15/5 ℃（出处：Nichicon 篇 §2-9-5-3）。

6.3 MOSFET：失效率与结温

6.4 热循环：焊点疲劳与功率循环

6.5 设计目标怎么定：电解 85 ℃、MOSFET 125 ℃ 的由来

6.6 可照做

  1. 热设计目标写进规格书：电解 Tc、MOSFET Tj、绕组温度三行，各自带环境温度与寿命假设。
  2. 电解电容周围 10 ℃ 法则落地：发热器件远离、纹波按平方核算、表 2-6 温升限逐档核对（出处：Nichicon 篇）。
  3. 热循环敏感场合（频繁启停/负载冲击）多关注 ΔT 而非平均温度：降负载阶跃、软启动、限制频繁开关机。
  4. 结温摆幅和平均结温都要记——功率循环应力大时先压 ΔTj。

7. 精炼速查

7.1 热阻链一页纸

    P_diss (W)  ──►  结(junction) ──θJC──► 壳(case) ──θCS──► 散热器/铜箔 ──θSA──► 环境
                      Tj                Tc                   Ts               Ta
    Tj = Ta + P×(θJC + θCS + θSA)          θJA = θJC + θCS + θSA
    结温不可直测：Tj = Tc + P×θJC（测 Tc，用 datasheet θJC 反推）
符号 含义 量级（标准通识/库内）
θJC 结-壳（封装内） 0.5~3 ℃/W
θCS 壳-散热器（TIM+接触） 0.1~1 ℃/W
θSA 散热器-环境 自然 5~20、风冷 1~5 ℃/W
θJA 结-环境（板上） SOT-23 ~200、SO-8 无焊盘 ~100、DPAK+1 in² 铜 40~80、多层铜平面 20~40 ℃/W

7.2 温升速算表

条件 每 W 温升（℃/W） 出处
1 cm² 1 oz 铜箔横向传导 ≈74 本篇推算（§2.2）
1 cm² 2 oz 铜箔横向传导 ≈37 本篇推算（§2.2）
0.3 mm 镀通孔过孔（每只） 100~200（填锡更低） 布局篇 §8.2
9~16 只过孔阵列 → 内层平面 个位数 ℃/W 布局篇 §8.2
100 cm² 表面自然对流 ≈10 教科书/标准通识
100 cm² 表面强制风冷 ≈1 教科书/标准通识
100 cm² 黑化表面辐射（90 ℃） ≈13.5 本篇推算（§2.4）
1 in² 2 oz 板上功率管 θJA ≈62.5 → 散 2 W 顶天 平面04 篇补例 4
多层内层铜平面（300 W PFC 实证） ≈20 EVBUM2822 交叉验证（§3.5）

7.3 散热手段清单

7.4 热测试 checklist

存疑与待核实（本篇引用中带「待核实」/假设口径汇总）

项 出处 现状
65 W QR 主开关 RDS(on) 0.30 Ω@25 ℃、关断损耗 0.5~1 W 本篇 §1.4 假设 650 V 超结档典型量级，选型后以实际管子 DS 复核
NCP1680 每只桥臂管满载损耗 1.5~2 W 本篇 §3.5 交叉验证假设 用于反推 θJA(eff)≈20 ℃/W，非原文数据
散热器体积经验（50~100 cm³/3~5 ℃/W、风扇压 2~4 倍） 本篇 §3.4 业界经验量级，随翅片设计与气流大幅变化
半导体失效率“结温每降 10~20 ℃ 减半” 本篇 §6.3 阿伦尼乌斯近似口径，系数因工艺而异，标「业界经验」
0.3 mm 过孔 176 ℃/W 本篇 §4.2 独立推算 与布局篇 100~200 ℃/W 量级互相印证，镀铜厚度为典型假设
NCP1680 EVBUM2822 快/慢桥臂开关管 <60 ℃（+35 ℃） EVBUM2822 精译 原文明确（热成像位图，图 16），无其他点温度读数
UCC28781 EVM 绕组 104 ℃ 等 UCC28781 EVM 精译 §8.6 原文文字层读数照录；环境温度按规格表 25 ℃ 口径
Nichicon K 系数（50 ℃≈10→105 ℃≈5） Nichicon 篇 §2-9-6 图解读数，待核实
电解 85 ℃/1 年、10 年→Tn≤50 ℃ 本篇 §6.5 / 可靠性篇 §3.4 式 2-19 教学复算，换档位/纹波即变

本篇所有热阻/散热系数为教科书/标准通识量级，正式设计以所选器件 datasheet 热阻（含测试铜箔条件）与现行标准（JEDEC/安规）为准；散热器与 EVM 交叉验证为教学推算口径，实板须按 §5 实测闭环。

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