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设 计电源管理电路时，在考察散热问题之前对热传递进行基本了解是很有帮助的。首先，热量是一种能量，会由于两个系统之间存在温差而进行传输。热传递通过三种 方式进行：传导、对流和辐射。当高温器件接触到低温器件时，会发生传导。高振幅的高温原子与低温材料的原子碰撞，从而增加低温材料的动能。这种动能的增加 导致高温材料的温度上升和低温材料的温度下降。

在对流中，热传递发生在器件周围的空气中。在自然对流中，物体加热周围的 空气，空气受热时膨胀形成真空，导致冷空气取代热空气。因此形成循环气流，不断将器件的热量传输给周围的空气。另一种形式是强制对流，例如风扇主动吹冷空 气，从而加速取代暖空气。当物体将电磁波(热辐射）发送至周围环境时就会产生辐射。辐射热量无需介质传递(热量可以通过真空辐射）。在PCB中，热传递的 主要方法是传导，其次是对流。

下面的等式给出了以传导方式热传递的数学模型：

其 中H是传热速率(单位为J/s)，K为材料的导热系数，A为面积，(TH–TL)为温差，d为距离。当界面之间的接触面积增大、温差增大或界面之间的距离 减少时，热量传导速度加快。可以将热传递模拟成一个电路，方法是将能源(热源或前面等式中的H）等同于电流源，高温器件与低温器件之间的温差等同于电压 降，(K×A/d)部分作为导热系数，或将倒数(EQ2)等同于热阻(单位为℃/W）。通常热阻表示为符号θ或Rθ或只表示为RA-B，其中A和B是发生 传热的两个器件。使用电路模拟重写热传递速率等式，得到以下结果：

该模拟可以深入进行，以描述器件的另一个热属性，称之为热容。正如将热阻模拟为电阻，可以将热容(CT，单位为J/℃）模拟为电容。将热容与热阻并联获得热阻抗(ZT)。图1所示为传导传热的简化RC模型。能源被模型化为电流源，热阻抗被模型化为CT与RT并联。

图 1. 简化的热阻抗模型。

在 电路中，每个热界面都有热阻抗。热阻抗因材料、几何形状、大小和方向的不同而各异。系统(或电路)的热阻抗对环境温度来说有一个总热阻抗，它可以分解为电 路中每个元件的热阻抗的并联和串联的组合。例如，在半导体器件中，晶粒(也称作结)与周围空气(称作热阻抗)之间的总热阻抗，即由结到环境之间的热阻抗 (ZJ-A)，将是结构中每个单独材料的单个热阻抗的总和。

考虑到 在PCB上安装的分立MOSFET。稳态热阻抗(或热阻RJ-A)是结到器件外壳的热阻(RJ-C)、器件外壳到散热器的热阻(RC-S)与散热器到空气 的热阻(RS-A)之和。(RJ-A=RJ-C+RC-S+RS-A)。此外，还可以有并行的散热路径，例如从MOSFET结经过器件外壳到PCB，再从 PCB到环境温度。

通常情况下，半导体制造商会给出结点到器件外壳的热阻。另一方面，RC-S和RS-A主要取决于散热 器和PCB的属性。许多因素会影响热阻RC-A或RC-S，包括PCB的层数、到辅助面的过孔数、与其他器件的接近程度以及气流速率。通常RJ-A会列在 器件数据表中，但该数字是在特定测试板条件下得出的，因此仅适用于在相同条件下测量的器件之间的比较。

热阻(RJA)是电子元器件的重要参数，因为它是器件散热的指标(基于环境条件和 PCB布板)。换言之，RJ-A可以帮助我们根据环境条件和功耗估算工作结温。

开关电源中的散热

电 源管理电路中散热考虑的典型示例，可以参考图2所示美国国家半导体提供的LM3554电路。该器件是一个感应升压转换器，面向蜂窝电话应用中的高功率闪光 LED。LM3554是一个很好的测试工具，因为它是一个小型器件(1.6mm ( 1.6mm ( 0.6mm)，而且可以提供高达6W的输出功率(（1.2A闪光电流在5V LED中）。即使提供85%左右的效率，相对较大的输出功率能力和微小的16-bump μSMD封装，该器件都需要承受较高的工作温度。

图 2. 美国国家半导体的 LM3554 闪光 LED 驱动器测试电路。