Kako izračunati radijator za tranzistor

Često, prilikom dizajniranja snažnog uređaja na tranzistorima snage ili pribjegavanju korištenju moćnog ispravljača u krugu, susrećemo se sa situacijom kada je potrebno raspodijeliti puno toplinske snage, mjereno u jedinicama, a ponekad i desecima vata.

Na primjer, FGA25N120ANTD IGBT tranzistor Fairchild Semiconductor, ako je pravilno instaliran, teoretski je sposoban isporučiti oko 300 W toplinske energije kroz svoje kućište pri temperaturi podvozja od 25 ° C! A ako je temperatura njegova kućišta 100 ° C, tada će tranzistor moći dati 120 vata, što je također prilično puno. Ali da bi slučaj tranzistora u načelu mogao dati tu toplinu, potrebno mu je osigurati odgovarajuće radne uvjete kako se ne bi pregorio prije vremena.

Svi prekidači za napajanje izdaju se u takvim slučajevima koji se mogu lako ugraditi na vanjski hladnjak - radijator. Štoviše, u većini slučajeva metalna površina ključa ili drugog uređaja u izlaznom kućištu električno je spojena na jedan od terminala ovog uređaja, na primjer, na kolektor ili na odvod tranzistora.

Dakle, zadatak radijatora je upravo da drži tranzistor, a uglavnom njegove radne prijelaze, na temperaturi koja ne prelazi maksimalno dopuštenu.

Ako je slučaj silicijski tranzistor potpuno metalni, tada je tipična maksimalna temperatura oko 200 ° C, ako je kućište plastično, onda 150 ° C. U podatkovnom listu možete lako pronaći podatke o maksimalnoj temperaturi za određeni tranzistor. Na primjer, za FGA25N120ANTD je bolje ako njegova temperatura ne prelazi 125 ° C.

Znajući sve osnovne toplinske parametre, lako je odabrati odgovarajući radijator. Dovoljno je saznati maksimalnu temperaturu okoline u kojoj će tranzistor raditi, snagu koju će tranzistor morati raspršiti, zatim izračunati temperaturu prijelaza tranzistora uzimajući u obzir toplinske otpornosti kristalnog kućišta, krokus-radijatora, radijatora i okoline, nakon čega ostaje odabrati radijator , s kojom će temperatura tranzistora biti barem nešto niža od maksimalno dopuštene.

Najvažniji parametar u odabiru i proračunu radijatora je toplinski otpor. Ona je jednaka omjeru temperaturne razlike na površini toplinskog kontakta u stupnjevima prema prenesenoj snazi.

Kada se toplina prenosi postupkom provođenja topline, toplinski otpor ostaje konstantan, što ne ovisi o temperaturi, već ovisi samo o kvaliteti toplinskog kontakta.

Ako postoji nekoliko prijelaza (toplinskih kontakata), tada će toplinski otpor prijelaza, koji se sastoji od nekoliko uzastopnih spojeva, biti jednak zbroju toplinskih otpora ovih spojeva.

Dakle, ako je tranzistor postavljen na radijator, tada će ukupni toplinski otpor tijekom prijenosa topline biti jednak zbroju toplinskih otpora: kristalni slučaj, kućište-radijator, radijator-okoliš. Prema tome, temperatura kristala je u ovom slučaju prema formuli:

Kao primjer uzmimo slučaj kada trebamo odabrati radijator za dva tranzistora FGA25N120ANTD, koji će raditi u sklopnom pretvaraču s potisnim povlačenjem, pri čemu svaki tranzistor rasipa 15 vata toplinske snage, koji se mora prenijeti u okoliš, tj. Iz kristali tranzistora kroz radijator - u zrak.

Budući da postoje dva tranzistora, prvo pronađemo radijator za jedan tranzistor, nakon čega uzmemo samo radijator s dvostruko većom površinom prijenosa topline, s upola manje toplinskog otpora (koristit ćemo izolacijske brtve).

Neka uređaj radi na sobnoj temperaturi od 45 ° C. Neka temperatura kristala ne bude veća od 125 ° C. U podatkovnom listu vidimo da je za ugrađenu diodu toplinski otpor kristalnog kućišta veći od toplinskog otpora kristalnog kućišta izravno IGBT, a jednak je 2 ° C / W. Ova vrijednost će se uzeti u obzir kao toplinski otpor kristalnog kućišta.

Toplinski otpor silikonske izolacijske brtve je oko 0,5 ° C / W - to će biti toplinski otpor kućišta-radijatora. Sada, znajući raspršenu snagu, maksimalnu temperaturu kristala, maksimalnu temperaturu okoline, toplinski otpor kućišta kristala i toplinski otpor kućišta-radijatora, pronalazimo potreban toplinski otpor okoline radijatora.

Dakle, moramo odabrati radijator tako da se toplinski otpor okoline radijatora dobije pod danim uvjetima od 2.833 ° C / W ili manje. I na kojoj se temperaturi u ovom slučaju radijator pregrijava u odnosu na okoliš?

Uzmite pronađeni toplinski otpor na granici okoliša radijatora i pomnožite s raspodjeljenom snagom, za naš primjer 15 vata. Pregrijavanje će biti oko 43 ° C, tj. Temperatura radijatora bit će oko 88 ° C. Budući da će u našem krugu biti dva tranzistora, bit će potrebno rasuti snagu dvostruko više, što znači da vam je potreban radijator s toplinskim otporom koji je upola manji, odnosno 1,4 ° C / W ili manji.

Ako nemate mogućnost odabrati radijator s pronađenim toplinskim otporom, tada možete koristiti dobru staru empirijsku metodu - pogledajte raspored iz referentne knjige. Znajući temperaturnu razliku između okoliša i radijatora (za naš primjer, 43 ° C), znajući raspodjelu snagu (za naš primjer, za dva tranzistora - dva od 15 W svaki), pronalazimo potrebno područje radijatora, to jest ukupnu dodirnu površinu radijatora s vanjskim zrakom (za naš primjer - dva od 400 cm2).

Pogledajte i ovu temu:Inčni * stupanj / vat - što je ovaj parametar radijatora?