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整流桥在不同散热方式下的散热分析与测量
李泉明
（艾默生½络½源有限公司
深圳
518057）
jimmy@emersonnetwork.com.cn
摘要
：
本文针对整流桥不同冷却方式的选择和对其散热过程的详细分析，来阐述元器件厂家
提供的元器件热阻（R
ja
和 R
jc
）的具½含义，并在此基础上提出一种在技术上可行、½用上操½
性强的测量整流桥壳温的方法，为电源产品合理应用整流桥提供借鉴。
关键词
：整流桥壳温 测量 方法
一、前言
整流桥½为一种功率元器件，非常广泛。应用于各种电源设备，
。全波整流桥的工½原理
电路如图 1 所示：
图 1、全波整流桥的原理图
其内部主要是由四个二极管组成的桥路来实现把输入的交流电压½化为输出的直流电压。
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图 2、全波整流桥的内部结构示意图
如上图所示，在整流桥的每个工½周期内，同一时间只有两个二极管进行工½，通过二极
管的单向导通功½，把交流电½换成单向的直流脉动电压。对一般常用的小功率整流桥（如：
RECTRON SEMICONDUCTOR 的 RS2501M）进行解剖会发现，其内部的结构如图 2 所示。
该全波整流桥采用塑料封装结构（大多数的小功率整流桥½是采用该封装½式）
。桥内的四
个主要发热元器件——二极管被分成两组分别放½在直流输出的引脚铜板上。在直流输出引脚
铜板间有两块连接铜板，他们分别与输入引脚（交流输入导线）相连，½成我们在外观上看见
的有四个对外连接引脚的全波整流桥。由于该系列整流桥½是采用塑料封装结构，在上述的二
极管、引脚铜板、连接铜板以及连接导线的周围充满了½为绝缘、导热的骨架填充物质——环
氧树脂。然而，环氧树脂的导热系数是比较½的（一般为 0.35℃W/m，最高为 2.5℃W/m）
，因此
整流桥的结--壳热阻一般½比较大（通常为 1.0-10℃/W）
。通常情况下，在元器件的相关参数
表里，生产厂家½会提供该器件在自然冷却情况下的结—环境的热阻（R
ja
）和½元器件自带一
散热器，通过散热器进行器件冷却的结--壳热阻（R
jc
）
。
二、自然冷却
一般而言，对于损耗比较小（<3.0W）的元器件½可以采用自然冷却的方式来解决元器件的
散热问题。½整流桥的损耗不大时，可采用自然冷却方式来处理。此时，整流桥的散热途径主
要有以下两个方面：整流桥的壳½（包括前后两个比较大的散热面和上下与左右散热面）和整
流桥的四个引脚。通常情况下，整流桥的上下和左右的壳½表面积相对于前后面积½比较小，
因此在分析时½不考虑通过这四个面（上下与左右表面）的散热。
R
jc,back
+R
ca
R
jc,front
+R
ca
R
jPCB,foot
+R
PCB,a
图 3、自然冷却时的散热途径
如图 3 所示，在这两个主要的散热途径中，由于自然冷却散热的换热系数一般½比较小
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（<10W/ m
2
C）
，并且整流桥前后散热面的绝对面积也比较小，因此实际上通过该途径的散热量
也是十分有限的；由于引脚铜板是直接与发热元器件（二级管）相连接的，并且其材料为铜，
导热性½很½，所以在自然冷却散热的情况下，整流桥的大部分损耗是通过该引脚把热量传递
给 PCB 板，然后由 PCB 板扩充其换热面积而散发到周围的环境中去。具½的分析计算如下：
1、 整流桥表面热阻
如图 2 所示，可以得到整流桥的正向散热面距热源的距离为 1.7mm，背向散热面距热源的
距离为 0.9mm；由于整流桥的上下及左右外表面积很小，因此½约其热量在这四个表面的散发，
可以得到整流桥正面和背面的传热热阻为：
一个二极管的热阻为：
R
jc
,
f
,
diode
½
R
jc
,
b
,
diode
0.0017
½
½
27.2
C
/
W
F
2.5
0.005
0.005
0.0009
½
½
½
14.4
C
/
W
F
2.5
0.005
0.005
由于在同一时间，整流桥内的四个二极管只有两个在同时进行工½，因此整流桥正面与背
面的传热热阻应分别为两个二极管热阻的并联，即：
R
jc
,
f
½
0.5
R
jc
,
f
,
diode
½
13.6
C
/
W
R
jc
,
b
½
0.5
R
jc
,
b
,
diode
½
7.2
C
/
W
由于整流桥表面到周围空气间的散热为自然对流换热，则整流桥壳½表面的自然冷却
热阻为：
R
ca
½
1
1
½
½
166.7
C
/
W
h
F
10.0
0.02
0.03
由上所述，可以得到整流桥通过壳½表面（正面和背面）的结温与环境的热阻分别为：
R
ja
,
front
½
R
jc
,
f
R
ca
½
13.6
166.7
½
180.3
C
/
W
R
ja
,
back
½
R
jc
,
b
R
ca
½
7.2
166.7
½
173.9
C
/
W
则整流桥通过壳½表面途径对环境进行传热的总热阻为：
R
ja
,
case
½
1
1
R
ja
,
front
1
R
ja
,
back
½
1
1
1
180.3 173.9
½
88.53
C
/
W
2、 整流桥引脚热阻
假设整流桥焊接在 PCB 板上，其引脚的长度为 12.0mm（从二极管的基铜板到 PCB 板上的焊
盘）
，则整流桥一个引脚的热阻为：
R
j
,
PCB
,
one
½
0.012
½
½
37.69
C
/
W
F
398
0.0008
0.001
在整流桥内部，四个二极管是分成两组且每组共用一个引脚铜板，因此整流桥通过引脚散
热的热阻为这两个引脚的并联热阻：
R
j
,
PCB
,
foot
½
0.5
R
j
,
PCB
,
onefoot
½
18.84
C
/
W
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一方面由于 PCB 板的热容比较大，另一方面冷却风与 PCB 板的接触面积较大，其换热条件
较½，假设其 PCB 板的实际有效散热面积为整流桥表面积的 2 倍，则 PCB 板与环境间的传热热
阻为：
R
PCB
,
a
½
1
1
½
½
41.67
C
/
W
h
F
10
0.03
0.02
2
2
故，通过整流桥引脚这条传热途径的热阻为：
R
ja
,
foot
½
R
j
,
PCB
,
foot
R
PCB
,
a
½
60.5
C
/
W
比较上述两种传热途径的热阻可知：整流桥通过壳½表面自然对流冷却进行散热的热阻
（
R
ja
,
case
½
88.53
C
/
W
）是通过引脚进行散热这种散热途径的热阻（
R
ja
,
case
½
60.5
C
/
W
）的
1.5 倍。于是我们可以得出如下结论：在自然冷却的情况下，整流桥的散热主要是通过其引脚
线（输出引脚正负极）与 PCB 板的焊盘来进行的。因此，在整流桥的损耗不大，并用自然冷却
方式进行散热时，我们可以通过增加与整流桥焊接的 PCB 表面的铜覆盖面积来改善其整流桥的
散热状况。
同时，
我们可以根据上述的两条传热途径得到整流桥内二极管结温到周围环境间的总热阻，
即：
R
ja
½
1
1
R
ja
,
case
1
R
ja
,
foot
½
1
1
1
60.5 88.53
½
35.94
C
/
W
其实这个热阻也就是生产厂家在整流桥等元器件参数表中的所提供的结—环境的热阻。并
且在自然冷却的情况，也只有该热阻具有实在的参考价值，其它的诸如 R
jc
也没有实在的计算依
据，这一点可以通过在强迫风冷情况下的传热路径的分析得出。
三、强迫风冷冷却
½整流桥等功率元器件的损耗较高时（>4.0W）
，采用自然冷却的方式已经不½满足其散热
的需求，此时就必须采用强迫风冷的方式来确保元器件的正常工½。采用强迫风冷时，可以分
成两种情况来考虑：a)整流桥不带散热器；b)整流桥自带散热器。
1、 整流桥不带散热器
对于整流桥不带散热器而采用强迫风冷这种情况，其分析的过程同自然冷却一样，只不过
在计算整流桥外壳向环境间散热的热阻和 PCB 板与环境间的传热热阻时，对其换热系数的选择
2
应该按照强迫风冷情½来进行，其数值通常为 20-30W/m C。也即是：
R
jc
,
f
½
13.6
C
/
W
R
jc
,
b
½
7.2
C
/
W
R
j
,
PCB
,
foot
½
18.84
C
/
W
1
1
½
½
66.7
C
/
W
h
F
25.0
0.02
0.03
1
1
R
PCB
,
a
½
½
½
16.67
C
/
W
h
F
25
0.03
0.02
2
2
R
ca
½
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于是可以得到整流桥壳½表面的传热热阻和通过引脚的传热热阻为：
R
ja
,
front
½
R
jc
,
f
R
ca
½
13.6
66.7
½
80.3
C
/
W
R
ja
,
back
½
R
jc
,
b
R
ca
½
7.2
66.7
½
73.9
C
/
W
R
ja
,
case
½
1
1
R
ja
,
front
1
R
ja
,
back
½
1
1
1
80.3 73.9
½
38.48
C
/
W
R
ja
,
foot
½
R
j
,
PCB
,
foot
R
PCB
,
a
½
18.84
16.67
½
35.51
C
/
W
于是整流桥的结—环境的总热阻为：
R
ja
½
1
1
R
ja
,
case
1
R
ja
,
foot
½
1
1
1
38.48 35.51
½
18.47
C
/
W
由上述整流桥不带散热器的强迫对流冷却分析中可以看出，通过整流桥壳½表面的散热途
径与通过引脚进行散热的热阻是相½的，一方面我们可以通过增加其冷却风速的大小来改变整
流桥的换热状况，另一方面我们也可以采用增大 PCB 板上铜的覆盖率来改善 PCB 板到环境间的
换热，以实现提高整流桥的散热½力。
2、 整流桥自带散热器
½整流桥自带散热器进行强迫风冷来实现其散热目的时，该种情况下的散热途径如下图所
示：
R
jc,back
+R
cHeatsink
+R
Heatsink,a
R
jc,front
+R
ca
R
jPCB,foot
+R
PCB,a
图 4、带散热器强迫风冷时的散热途径
对比整流桥自然冷却和带散热器的强迫风冷散热这两种散热途径，可以发现其根本的差异
在于：散热器的½用大大地改善了整流桥壳½与环境间的散热热阻。如果½约散热器与整流桥
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