Πώς να υπολογίσετε το ψυγείο για ένα τρανζίστορ

Συχνά, όταν σχεδιάζουμε μια ισχυρή συσκευή σε τρανζίστορ ισχύος ή προσφεύγουμε στη χρήση ενός ισχυρού ανορθωτή στο κύκλωμα, αντιμετωπίζουμε μια κατάσταση όπου είναι απαραίτητο να διαλύσουμε πολλή θερμική ισχύ, μετρούμενη σε μονάδες και μερικές φορές δεκάδες βατ.

Για παράδειγμα, το τρανζίστορ IGBT FGA25N120ANTD της Fairchild Semiconductor, εάν είναι σωστά εγκατεστημένο, είναι θεωρητικά ικανό να μεταφέρει περίπου 300 W θερμικής ισχύος μέσω του πλαισίου σε θερμοκρασία πλαισίου 25 ° C! Και αν η θερμοκρασία της θήκης του είναι 100 ° C, τότε το τρανζίστορ θα είναι σε θέση να δώσει 120 watts, κάτι που είναι επίσης πολύ. Αλλά για να μπορέσει η τρανζίστορ, κατ 'αρχήν, να δώσει αυτή τη θερμότητα, είναι απαραίτητο να της παρασχεθούν κατάλληλες συνθήκες εργασίας ώστε να μην καίγεται μπροστά από το χρόνο.

Όλοι οι διακόπτες ισχύος εκδίδονται σε τέτοιες περιπτώσεις, οι οποίοι μπορούν εύκολα να εγκατασταθούν σε εξωτερικό ψύκτη - ένα ψυγείο. Επιπλέον, στις περισσότερες περιπτώσεις, η μεταλλική επιφάνεια του κλειδιού ή άλλης συσκευής στο περίβλημα εξόδου είναι ηλεκτρικά συνδεδεμένη με έναν από τους ακροδέκτες αυτής της συσκευής, για παράδειγμα, στον συλλέκτη ή στην αποστράγγιση του τρανζίστορ.

Έτσι, το καθήκον του θερμαντήρα είναι ακριβώς να κρατήσει το τρανζίστορ, και κυρίως τις μεταβάσεις εργασίας του, σε θερμοκρασία που δεν υπερβαίνει το μέγιστο επιτρεπτό.

Σε περίπτωση τρανζίστορ πυριτίου απόλυτα μεταλλικό, τότε η τυπική μέγιστη θερμοκρασία είναι περίπου 200 ° C, εάν η θήκη είναι πλαστική, τότε 150 ° C. Μπορείτε εύκολα να βρείτε δεδομένα σχετικά με τη μέγιστη θερμοκρασία για ένα συγκεκριμένο τρανζίστορ στο δελτίο δεδομένων. Για παράδειγμα, για το FGA25N120ANTD είναι προτιμότερο η θερμοκρασία του να μην υπερβαίνει τους 125 ° C.

Γνωρίζοντας όλες τις βασικές θερμικές παραμέτρους, είναι εύκολο να επιλέξετε ένα κατάλληλο θερμαντικό σώμα. Αρκεί να διαπιστωθεί η μέγιστη θερμοκρασία του περιβάλλοντος στο οποίο θα λειτουργήσει το τρανζίστορ, η ισχύς που θα πρέπει να διαλυθεί το τρανζίστορ και στη συνέχεια να υπολογιστεί η θερμοκρασία μετάβασης του τρανζίστορ, λαμβάνοντας υπόψη τις θερμικές αντιστάσεις των κρυστάλλων, του κρύου-καλοριφέρ, , με την οποία η θερμοκρασία του τρανζίστορ θα είναι τουλάχιστον ελαφρώς χαμηλότερη από τη μέγιστη επιτρεπτή.

Η πιο σημαντική παράμετρος στην επιλογή και τον υπολογισμό του ψυγείου είναι η θερμική αντίσταση. Είναι ίση με την αναλογία της διαφοράς θερμοκρασίας στην επιφάνεια της θερμικής επαφής σε μοίρες προς τη μεταδιδόμενη ισχύ.

Όταν η θερμότητα μεταφέρεται μέσω της διαδικασίας αγωγιμότητας θερμότητας, η θερμική αντίσταση παραμένει σταθερή, η οποία δεν εξαρτάται από τη θερμοκρασία, αλλά εξαρτάται μόνο από την ποιότητα της θερμικής επαφής.

Εάν υπάρχουν αρκετές μεταβάσεις (θερμικές επαφές), τότε η θερμική αντίσταση της μετάβασης, που αποτελείται από αρκετές διαδοχικές ενώσεις, θα είναι ίση με το άθροισμα των θερμικών αντιστάσεων αυτών των ενώσεων.

Έτσι, αν το τρανζίστορ είναι τοποθετημένο σε ένα ψυγείο, τότε η συνολική θερμική αντίσταση κατά τη μεταφορά θερμότητας θα είναι ίση με το άθροισμα των θερμικών αντιστάσεων: κρυστάλλινη θήκη, καλοριφέρ, περιβάλλον καλοριφέρ. Συνεπώς, η θερμοκρασία των κρυστάλλων είναι στην περίπτωση αυτή σύμφωνα με τον τύπο:

Για παράδειγμα, εξετάστε την περίπτωση όταν πρέπει να επιλέξετε ένα ψυγείο για δύο τρανζίστορ FGA25N120ANTD, το οποίο θα λειτουργήσει σε ένα κύκλωμα μετατροπέα push-pull, με κάθε τρανζίστορ να διαχέει 15watt θερμικής ισχύος, το οποίο πρέπει να μεταφερθεί στο περιβάλλον, δηλ. κρυστάλλους των τρανζίστορ μέσω ενός καλοριφέρ - στον αέρα.

Δεδομένου ότι υπάρχουν δύο τρανζίστορ, πρώτα βρούμε ένα ψυγείο για ένα τρανζίστορ, μετά από το οποίο παίρνουμε απλά ένα ψυγείο με διπλάσια περιοχή μεταφοράς θερμότητας, με μισή θερμική αντίσταση (θα χρησιμοποιήσουμε μονωτικά παρεμβύσματα).

Αφήστε τη συσκευή μας να λειτουργεί σε θερμοκρασία περιβάλλοντος 45 ° C. Αφήστε τη θερμοκρασία των κρυστάλλων να μην διατηρηθεί υψηλότερη από 125 ° C. Στο δελτίο δεδομένων βλέπουμε ότι για την ενσωματωμένη δίοδο η θερμική αντίσταση της θήκης κρυστάλλου είναι μεγαλύτερη από τη θερμική αντίσταση της κρυσταλλολυχνίας απευθείας IGBT και είναι ίση με 2 ° C / W. Αυτή η τιμή θα ληφθεί υπόψη ως η θερμική αντίσταση της θήκης κρυστάλλου.

Η θερμική αντίσταση του στεγανοποιητικού παρεμβύσματος σιλικόνης είναι περίπου 0,5 ° C / W - αυτή θα είναι η θερμική αντίσταση του θερμαντικού σώματος της θήκης. Τώρα, γνωρίζοντας την εξουδετερωμένη ισχύ, τη μέγιστη θερμοκρασία του κρυστάλλου, τη μέγιστη θερμοκρασία περιβάλλοντος, τη θερμική αντίσταση του κρυστάλλου και τη θερμική αντίσταση του θερμαντικού σώματος, βρίσκουμε την απαραίτητη θερμική αντίσταση του περιβάλλοντος του ψυγείου.

Επομένως, πρέπει να επιλέξουμε ένα ψυγείο έτσι ώστε η θερμική αντίσταση του περιβάλλοντος του ψυγείου να επιτυγχάνεται υπό τις δεδομένες συνθήκες των 2.833 ° C / W ή λιγότερο. Και σε ποια θερμοκρασία σε αυτή την περίπτωση το θερμαντικό σώμα υπερθερμαίνεται σε σύγκριση με το περιβάλλον;

Λάβετε την ανιχνευόμενη θερμική αντίσταση στο όριο του ψυγείου-περιβάλλοντος και πολλαπλασιάζετε με την απορροφημένη ισχύ, για παράδειγμα 15 watt. Η υπερθέρμανση θα είναι περίπου 43 ° C, δηλ. Η θερμοκρασία του ψυγείου θα είναι περίπου 88 ° C. Δεδομένου ότι θα υπάρχουν δύο τρανζίστορ στο κύκλωμά μας, θα χρειαστεί να απορροφήσετε την ισχύ διπλάσια, πράγμα που σημαίνει ότι χρειάζεστε ένα θερμαντικό σώμα με θερμική αντίσταση κατά το ήμισυ μικρό, δηλαδή 1,4 ° C / W ή λιγότερο.

Εάν δεν έχετε την ευκαιρία να επιλέξετε ένα θερμαντικό σώμα με τη θερμική αντίσταση που βρίσκεται, τότε μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την καλή παλιά εμπειρική μέθοδο - ανατρέξτε στο πρόγραμμα από το βιβλίο αναφοράς. Γνωρίζοντας τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του περιβάλλοντος και του ψυγείου (για το παράδειγμα μας, 43 ° C), γνωρίζοντας την εξουδετερωμένη ισχύ (για παράδειγμα, για δύο τρανζίστορ - δύο των 15 W έκαστη), βρίσκουμε την απαραίτητη περιοχή καλοριφέρ, δηλαδή την συνολική επιφάνεια επαφής του ψυγείου με τον ατμοσφαιρικό αέρα ένα παράδειγμα - δύο των 400 cm2).

Δείτε επίσης σχετικά με αυτό το θέμα:Inch * degree / watt - ποια είναι η παράμετρος του ψυγείου;