熱失控

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熱失控(thermal runaway,又譯:熱跑脫)所指的情況是,當溫度增高時引發的變化使溫度更進一步的增高,產生惡性循環,因而導致某一種破壞性的結果。這是一種正回饋

化學工程[编辑]

化學工程,熱失控是放熱反應失去控制的情況,經常會造成爆炸

反應速率是溫度增加的增量時,便會發生熱失控,不僅導致溫度進一步的增加,而且反應速率也會進一步的增加。放熱的副作用和燃燒使溫度變得更高,加速了熱失控。熱失控引起的化工事故,以1984年發生在印度波帕爾1984爆炸最為著名,它是聯合碳化物設在當地生產異氰酸甲酯的工廠。熱失控也是煉油廠加氫裂解過程中要注意的事。

熱失控最容易發生在化學反應容器的冷卻系統失效時;攪拌器的失效可能導致局部地區的加熱,而引起熱失控;不當的組合也是常見的原因。許多化工生產設施在設計時會以大容積的空間和緊急通風口的設置,來降低意外發生時可能造成的傷害和財產損失。

電子學[编辑]

雙極性電晶體[编辑]

有些雙極性電晶體(特別是以為基底的雙載子電晶體)在溫度增加時,會增加極大的電流增益。根據電路的設計,在增益所增加的電流可能增加流經晶體管的電流和功率耗散,這會導致電流增益的進一步增加,這經常能在推挽式的AB類放大器中見到。當電晶體在室溫下將偏壓設定在有最小的交越失真時,且偏壓與溫度之間沒有關聯性(未做溫度補償),則當溫度增加時,上下兩電晶體的導通程度都會增加,導致電流和功率都上升,最後直到其中之一或二個都被毀壞為止。

如果多支雙極性電晶體並聯使用(典型的大電流應用),只要其中有一個先發生熱失控,最初被分配於各電晶體的電流就會加至這個電晶體,使問題更為惡化。這種效應稱為電流搶奪(current hogging,電流獨吞,電流貪婪)。最終將發生的,如果不是電路重新趨於穩定,就是電晶體在熱失控下被熱毀壞殆盡。

功率金氧半場效電晶體(Power MOSFETs)[编辑]

功率MOSFET工作時會以溫度來增加電阻,功率在這些電阻上的消耗會提升接點的溫度,在正回饋的迴路中進一步增加了接面溫度(但是,電阻隨著溫度增加有助於平衡多個平行排列的MOSFET之間的電流和免於電流擾亂的發生)。如果電晶體產生的熱量超過散熱片可以排除的,熱失控就會發生並造成電晶體的毀壞。這個問題可以依靠在散熱片和電晶體之間的熱變電阻降低而得到緩和。請參考散熱設計功率

微波加熱[编辑]

微波被使用於烹調各種各樣的材料,或在工業生產過程中加熱各種各樣的材料。材料的熱化效率取決於吸收的量,而這又依靠材料的介電常數。不同料的介電常數對溫度變化的改變也不同,有些材料顯現出溫度增加就會大幅上升。當材料暴露在微波下時,因為溫暖的地區會比低溫的地區接收到更多的能量,這樣的性質會導致選擇性的局部地區會被過度的加熱-對熱量的絕緣體有潛在的危險,在熱點和其餘地區之間的熱交換是緩慢的。這樣的材料稱為熱失控材料,有一些陶瓷會發生這種現象。

電池[编辑]

當處理的不正確時,一些可在充電的電池會發生熱失控,造成過度的加熱,而被密封的電池可能會爆炸。特別容易發生熱失控的是鋰電池,在報紙上偶爾會有行動電話爆炸的新聞。由於失火和爆炸,戴爾公司的一些筆記電腦也曾被召回檢修:http://www.theinquirer.net/default.aspx?article=32550

電子學和熱帶環境[编辑]

電子設備的熱失控通常不在多數電子製造業和設計師的設計考量因素內,但在熱帶國家可能導致故障和麻煩,在衛星電視接收器、手提電腦或著工業用可編碼程序器上都曾經發生。當環繞在攝被周圍的空氣溫度超過臨界值時,溫度開始過熱,熱失控造成電子設備故障,畢校停下來等冷卻之後才能重新做適當的設定和工作。這種問題通常是由使用MOSFET的高頻切換電源供應器造成的。

數位電子學[编辑]

電晶體漏出的電流會增高溫度。在罕見的場合下,可能會導致數位電子的熱失控。這不是常見的問題,因為漏出的電流在整體電流的消耗中只是極小的部分,所以在功率的耗損上是很小的-以速龍(Athlon)為例,溫度每增加30℃,功率的損耗只增加10%[1]。對100瓦的散熱設計功率 來說,當熱失控發生時,散熱器也只需要3K/W的熱阻抗力,這已經是速龍64散熱器所需的6倍以上[2]。通常一個0.5至1K/W的散熱器就足以讓功率100W的設備不致於發生熱失控和造成損害。

預測這些問題在未來會更為常見,當設備變得越來越小時,靜態的功率損耗對整個CPU的電力消耗的貢獻將會持續增加,漏出的電流一定會以百倍的因素增加溫度,使CPU的溫度上升。結果是,熱失控在未來的CPU上將是很普遍的問題。[3].

參考資料[编辑]

  1. ^ http://www.lostcircuits.com/cpu/amd_venice/
  2. ^ A stock Athlon 64 heat sink is rated at 0.34 K/W, although the actual thermal resistance to the environment is somewhat higher, due to the thermal boundary between processor and heatsink, rising temperatures in the case, and other thermal resistances
  3. ^ http://crc.stanford.edu/BAST/slides/Mak_BAST03DSMreliability2.pdf

外部鏈結[编辑]