Kuinka laskea transistorin jäähdytin

Usein suunnitellessamme tehokasta laitetta tehtotransistoreille tai turvautumalla voimakkaan tasasuuntaajan käyttöön piirissä, olemme tilanteessa, jossa on tarpeen hajottaa paljon lämpötehoa, mitattuna yksikköinä, ja joskus kymmeniä watteja.

Esimerkiksi Fairchild Semiconductorin FGA25N120ANTD IGBT -transistori, jos se on asennettu oikein, kykenee teoreettisesti toimittamaan noin 300 wattia lämpötehoa rungonsa läpi rungon lämpötilassa 25 ° C! Ja jos kotelon lämpötila on 100 ° C, transistori pystyy tuottamaan 120 wattia, mikä on myös melko paljon. Mutta jotta transistorikotelo periaatteessa pystyisi tuottamaan tätä lämpöä, on välttämätöntä tarjota sille asianmukaiset työolosuhteet, jotta se ei palaa etukäteen.

Kaikki virtakytkimet annetaan sellaisissa tapauksissa, jotka voidaan helposti asentaa ulkoiseen jäähdytyselementtiin - patteriin. Lisäksi useimmissa tapauksissa avainkotelon tai muun laitteen metallipinta ulostulokotelossa on sähköisesti kytketty tämän laitteen yhteen napoihin, esimerkiksi kollektoriin tai transistorin viemäriin.

Joten, patterin tehtävä on tarkalleen pitää transistori ja pääasiassa sen työsiirtymät lämpötilassa, joka ei ylitä sallittua enimmäislämpötilaa.

Jos tapaus piitransistori täysin metallista, sitten tyypillinen maksimilämpötila on noin 200 ° C, jos kotelo on muovi, sitten 150 ° C. Löydät helposti tietolomakkeesta tietyn transistorin enimmäislämpötilan tiedot. Esimerkiksi FGA25N120ANTD: n kohdalla on parempi, että sen lämpötila ei ylitä 125 ° C.

Tietäen kaikki peruslämpöparametrit, on helppo valita sopiva jäähdytin. Riittää, kun selvitetään sen ympäristön enimmäislämpötila, jossa transistori toimii, sen tehon, jonka transistorin on hävitettävä, ja lasketaan sitten transistorin siirtymälämpötila ottaen huomioon kristallikotelon, krookus-jäähdyttimen, jäähdytin-ympäristöyhteyksien lämpöresistanssit, minkä jälkeen jää valita säteilijä. , joiden avulla transistorin lämpötila on vähintään hiukan alempi kuin suurin sallittu.

Tärkein parametri jäähdyttimen valinnassa ja laskennassa on lämpövastus. Se on yhtä suuri kuin lämpökoskettimen pinnan lämpötilaeron ja asteen suhteen lähetettyyn tehoon.

Kun lämpöä siirretään lämmönjohtamisprosessin kautta, lämpövastus pysyy vakiona, mikä ei riipu lämpötilasta, vaan riippuu vain lämpökontaktion laadusta.

Jos siirtymiä on useita (lämpökoskettimet), niin siirtymävaiheen lämpövastus, joka koostuu useista sarjaliitännöistä, on yhtä suuri kuin näiden yhdisteiden lämpövastusten summa.

Joten, jos transistori on asennettu jäähdyttimeen, niin lämmönsiirron aikana tapahtuva kokonaislämpövastus on yhtä suuri kuin lämpöresistenssien summa: kidekotelo, kotelon lämpöpatteri, jäähdyttimen ympäristö. Näin ollen kidelämpötila on tässä tapauksessa seuraavan kaavan mukainen:

Tarkastellaan esimerkiksi tapausta, jossa joudumme valitsemaan jäähdytin kahdelle transistorille FGA25N120ANTD, joka toimii push-pull-muuntimen piirissä ja jokainen transistori hajottaa 15 wattia lämpötehoa, joka on siirrettävä ympäristöön, ts. transistorien kiteet jäähdyttimen läpi - ilmaan.

Koska transistoreita on kaksi, löydämme ensin yhdelle transistorille patterin, jonka jälkeen otamme vain jäähdyttimen, jolla on kaksinkertainen lämmönsiirtopinta-ala ja puoli vähemmän lämpövastusta (käytämme eristäviä tiivisteitä).

Anna laitteen toimia ympäristön lämpötilassa 45 ° C. Annetaan kidelämpötila pitää korkeintaan 125 ° C. Teknisessä taulukossa näemme, että sisäänrakennetun diodin kidelaukun lämpövastus on suurempi kuin suoraan IGBT-kotelon lämpövastus ja se on yhtä suuri kuin 2 ° C / W. Tämä arvo otetaan huomioon kidekuoren lämpövastuksena.

Silikonieristystiivisteen lämpövastus on noin 0,5 ° C / W - tämä on kotelon jäähdyttimen lämpövastus. Nyt, kun tiedät haihtuneen tehon, kiteen enimmäislämpötilan, ympäristön enimmäislämpötilan, kide-kotelon lämpövastuksen ja kotelon jäähdyttimen lämpövastuksen, löydämme säteilijän ympäristön tarvittavan lämpövastuksen.

Joten meidän on valittava jäähdytin, jotta jäähdyttimen ympäristön lämpövastus saadaan näissä olosuhteissa 2,833 ° C / W tai vähemmän. Ja mihin lämpötilaan säteilijä ylikuumenee tässä tapauksessa ympäristöön verrattuna?

Otetaan löydetty lämpövastus jäähdyttimen ja ympäristön rajalla ja kerrotaan haihtuneella voimalla, esimerkiksi 15 wattia. Ylikuumeneminen on noin 43 ° C, ts. Jäähdyttimen lämpötila on noin 88 ° C. Koska piirissämme on kaksi transistoria, on tarpeen hajottaa teho kaksi kertaa niin paljon, mikä tarkoittaa, että tarvitset jäähdyttimen, jonka lämpövastus on puolet niin pieni, että on enintään 1,4 ° C / W.

Jos sinulla ei ole mahdollisuutta valita lämpöpatteria, jonka lämpövastus löytyy, voit käyttää vanhaa hyvää empiiristä menetelmää - katso ohjekirja viitekirjasta. Ympäristön ja jäähdyttimen lämpötilaeron (esimerkkinämme 43 ° C) ja haihtuneen tehon (esimerkkinä kahdelle transistorille - kumpikin 15 W), löydämme tarvittavan jäähdyttimen alueen, ts. Jäähdyttimen kokonaispinta-alan ulkoilmaan (meidän esimerkki - kaksi 400 cm2: stä).

Katso myös tästä aiheesta:Tuumaa * astetta / wattia - mikä tämä jäähdyttimen parametri on?