熱量管理是所有電路設計人員都關心的一個問題,特別是針對大信號時。在射頻/微波電路中,大信號常見于功率放大器和系統(tǒng)發(fā)送端元件。不管是連續(xù)波(CW)信號還是脈沖信號,如果產生的熱量得不到有效疏導,它們都將導致印制電路板(PCB)上和系統(tǒng)中的熱量積聚。對電子設備來說,發(fā)熱意味著工作壽命的縮短。

圖1:新開發(fā)的RT/duroid 6035HTC電路材料用來滿足設計人員對改善高溫性能的需求。
防止電路熱量積聚需要一定的想象力:可以想象成熱量從一個熱源(如功率晶體管)流向一個目的地(如散熱片或設備底座)。
理解熱量在系統(tǒng)各射頻/微波元件中是如何產生的也有助于熱量分析。例如,功率放大器發(fā)熱不是僅因其工作在大功率級,諸如放大器效率、放大器輸出端的阻抗匹配(VSWR)以及源自放大器輸出的熱路徑等因素都會影響放大器熱量的產生。盡管具有50%效率的功率放大器似乎已經(jīng)很不錯,但這也會浪費掉系統(tǒng)供給它的一半能量,其中大部分以熱量的形式損失掉了。
除功率放大器外,像濾波器和功率分配器這樣的無源器件的插入損耗以及元件、同軸電纜和其它互連器件連接處的阻抗不匹配(高VSWR)也會導致“散熱障礙”。高效的熱管理需要了解熱量從源(例如放大器)流過所有連接電纜和其它元件再到散熱終點的熱量流動過程。
在電路層面,熱管理也是放大器自身的一個問題,因為熱量從放大器的有源器件向外流動——有些熱量通過電路板材料,有些進入周圍元件,有些流入電路板上下方周圍的空氣。理想情況下,可以提供一條讓熱量從有源器件正確地散發(fā)出來的路徑,因為這些器件周圍的熱量積聚也會縮短它們的工作壽命。此外,這些熱量可能對某些器件造成有害影響,比如在硅雙極型晶體管中溫度的不斷上升,即通常所說的“熱失控”。
在散熱不當?shù)那闆r下,有些器件相比其它器件更易受到損壞。例如,GaAs半導體襯底的導熱率大約只有硅器件的三分之一。在高溫下,GaAs晶體管也可能遭受記憶效應的影響(也就是說即使溫度已經(jīng)下降,器件仍可能工作在高溫時的特定增益狀態(tài)),進而導致器件線性性能變差。
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