Hur man beräknar radiatorn för en transistor

Ofta, när vi utformar en kraftfull enhet på krafttransistorer, eller tar tillvara användning av en kraftfull likriktare i kretsen, står vi inför en situation då det är nödvändigt att sprida mycket termisk effekt, mätt i enheter och ibland tiotals watt.

Till exempel är Fairchild Semiconductors FGA25N120ANTD IGBT-transistor, om den är korrekt installerad, teoretiskt kapabel att leverera cirka 300 watt termisk kraft genom sitt chassi vid en chassitemperatur på 25 ° C! Och om temperaturen i fallet är 100 ° C, kommer transistorn att kunna ge 120 watt, vilket också är ganska mycket. Men för att transistorfallet i princip ska kunna ge denna värme, är det nödvändigt att förse det med lämpliga arbetsförhållanden så att det inte brinner ut i förväg.

Alla strömbrytare utfärdas i sådana fall som enkelt kan installeras på en extern kylfläns - en kylare. Dessutom är i de flesta fall metallytan på nyckeln eller annan anordning i utgångshuset elektriskt anslutet till en av terminalerna på denna anordning, till exempel till kollektorn eller till transistorns avlopp.

Så, radiatorns uppgift är just att hålla transistorn, och främst dess arbetsövergångar, vid en temperatur som inte överstiger det maximalt tillåtna.

Om fallet kiseltransistor helt metall, då är den typiska maximala temperaturen cirka 200 ° C, om fallet är plast, då 150 ° C. Du kan enkelt hitta data om maximal temperatur för en viss transistor i databladet. Till exempel är det bättre för FGA25N120ANTD om temperaturen inte överstiger 125 ° C.

Genom att känna till alla grundläggande termiska parametrar är det lätt att välja en lämplig kylare. Det räcker med att ta reda på den maximala temperaturen i miljön där transistorn kommer att arbeta, kraften som transistorn kommer att behöva sprida, beräkna sedan transistortemperaturen för transistorn med hänsyn till värmemotståndet för kristallhöljet, krokus-radiator, radiator-miljöanslutningar, varefter det återstår att välja en radiator , med vilken transistorns temperatur kommer att vara åtminstone något lägre än det maximalt tillåtna.

Den viktigaste parametern i valet och beräkningen av kylaren är termisk motstånd. Det är lika med förhållandet mellan temperaturskillnaden på ytan av den termiska kontakten i grader till den överförda effekten.

När värme överförs genom värmeledningsprocessen förblir värmemotståndet konstant, vilket inte beror på temperaturen, men endast beror på kvaliteten på termisk kontakt.

Om det finns flera övergångar (termiska kontakter), kommer övergångens termiska motstånd, bestående av flera på varandra följande föreningar, att vara lika med summan av värmemotståndet för dessa föreningar.

Så om transistorn är monterad på en kylare, kommer det totala värmemotståndet vid värmeöverföring att vara lika med summan av värmemotstånd: kristallhölje, höljeskylare, radiatormiljö. Följaktligen är kristalltemperaturen i detta fall enligt formeln:

Som ett exempel, överväga fallet när vi måste välja en kylare för två transistorer FGA25N120ANTD, som kommer att fungera i en push-pull-omvandlare-krets, där varje transistor sprider 15 watt termisk effekt, som måste överföras till miljön, d.v.s. från kristaller av transistorer genom en radiator - till luft.

Eftersom det finns två transistorer hittar vi först en kylare för en transistor, varefter vi bara tar en kylare med dubbelt så mycket värmeöverföringsarea, med hälften så mycket termiskt motstånd (vi kommer att använda isolerande packningar).

Låt vår enhet arbeta vid en omgivningstemperatur på 45 ° C. Låt kristalltemperaturen inte hållas högre än 125 ° C. I databladet ser vi att för den inbyggda dioden är värmemotståndet för kristallhöljet större än det termiska motståndet för kristallhöljet direkt IGBT, och det är lika med 2 ° C / W. Detta värde kommer att beaktas som kristallkåpans termiska motstånd.

Den termiska motståndskraften hos den silikonisolerande packningen är cirka 0,5 ° C / W - detta kommer att vara värmemotståndet för höljeskylaren. Nu, med kunskap om den utspridda kraften, den maximala temperaturen på kristallen, den maximala omgivningstemperaturen, det termiska motståndet för kristallhöljet och värmemotståndet hos höljeskylaren, hittar vi den nödvändiga termiska motståndet för kylarmiljön.

Så vi måste välja en kylare så att värmemotståndet för kylarmiljön uppnås under de givna förhållandena 2,833 ° C / W eller lägre. Och till vilken temperatur i detta fall överhettas kylaren jämfört med miljön?

Ta det hittade värmemotståndet vid gränsen till radiator-miljön och multiplicera med den avledade effekten, till exempel vårt 15 watt. Överhettning kommer att vara cirka 43 ° C, dvs temperaturen på kylaren kommer att vara cirka 88 ° C. Eftersom det kommer att finnas två transistorer i vår krets kommer det att behövas sprida strömmen dubbelt så mycket, vilket innebär att du behöver en kylare med ett värmemotstånd halvt så litet, det vill säga 1,4 ° C / W eller mindre.

Om du inte har möjlighet att välja en kylare med det hittade termiska motståndet kan du använda den gamla gamla empiriska metoden - se schemat från referensboken. Genom att känna till temperaturskillnaden mellan miljön och kylaren (till exempel 43 ° C), känna till den avledade kraften (till exempel för två transistorer - två på 15 W vardera), hittar vi det nödvändiga kylarområdet, det vill säga kylarens totala kontaktyta med den omgivande luften (för vår ett exempel - två på 400 cm2).

Se också om detta ämne:Inch * grad / watt - vad är den här radiatorparametern?