Расчет радиаторов для транзисторов: Радиаторы для мощных транзисторов, отвод тепла, расчеты- Elektrolife

Содержание

Расчёт радиатора для транзистора

Расчёт ребристого радиатора при естественном воздушном охлаждении для транзистора 2ТА заданной мощности 15 Вт. Необходимо сопоставить максимальную мощность рассеяния транзистора при допустимой температуре р-п перехода Тп, температуре среды Тс и тепловом контактном сопротивлении R пк с заданной мощностью транзистора. Если заданная мощность Р превышает Рмах, то данный транзистор на заданную мощность применять нельзя. R кр — тепловое контактное сопротивление между корпусом и радиатором. Определяем число рёбер, n , шт. Рекомендуется выбирать на одно ребро больше расчётного.

Поиск данных по Вашему запросу:

Расчёт радиатора для транзистора

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

Расчет радиатора для транзистора. Расчет пластинчатого (ребристого) радиатора

На сайте радиочипи представлены принципиальные схемы сабвуферов, собранные своими руками

Расчет радиатора для транзистора. Расчет пластинчатого (ребристого) радиатора

3.1 Расчёт параметров радиатора для отвода тепла от транзистора.

Расчёт радиатора для транзистора

Онлайн расчёт площади радиаторов для транзисторов и микросхем.

Простой расчет площади теплоотвода для мощных транзисторов и тиристоров

6.04. Мощные транзисторы и отвод тепла

Как рассчитать радиатор

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Теплоотвод 2. Алюминиевые радиаторы

Расчет радиатора для транзистора. Расчет пластинчатого (ребристого) радиатора

А не подашь, отойдут стройными рядами от мира сего из-за перегрева и последующего разрушения этого самого рабочего кристалла. Так вот, для обеспечения эффективного отвода тепла от силового элемента и применяют теплоотводы радиаторы. Полный расчёт радиатора – вещь кропотливая. Можно воспользоваться грубым расчётом – для рассеивания 1 ватта тепла, выделяемого полупроводниковым прибором, достаточно использовать площадь теплоотвода, равную 30 квадратным сантиметрам.

Но лучше воспользоваться специальной программой. Эта формула непререкаема и не должна вызывать никаких сомнений. А вот формулы по переводу рассчитанного теплового сопротивления в площадь поверхности радиатора, выуженные из нашей справочной литературы – не вызвали чувства глубокого удовлетворения, в связи с существенным несоответствием получаемых результатов суровой реальности жизни.

Пришлось искать правду в источниках империалистических агрессоров, а конкретно – в рекомендациях по выбору алюминиевых радиаторов американской фирмы Aavid Thermalloy. Информация эта неожиданно обнаружилась в электротехническом справочнике г-на Корякина-Черняка С. Теперь давайте определимся с терминологией. S – площадь поверхности радиатора, равная удвоенной суммарной площади основания радиатора и всех площадей рёбер радиатора.

Почему удвоенной? Потому, что и основание, и все рёбра теплоотвода имеют по две поверхности, которыми и излучают тепло в окружающее пространство. Q – тепловое сопротивление между радиатором и окружающей средой.

Спецификация большинства радиаторов содержит этот параметр.

Q1 – тепловое сопротивление между кристаллом и корпусом силовых элементов обычно приводится в справочнике и обозначается R thJC. Q2 – значение теплового сопротивление корпус-радиатор стремиться к нулю в тех случаях, когда мы прикручиваем транзистор к отполированной поверхности радиатора без изолирующих прокладок, или используем тонкие современные подложки из из оксида алюминия Al2O3 , нитрида алюминия AlN , или оксида бериллия BeO.

В случае применения слюды значение теплового сопротивления может составлять 0. Т1 – максимально допустимая температура внутри корпуса, в котором находится радиатор, либо максимальная температура окружающей среды, если рёбра радиатора выведены наружу. Я бы рекомендовал подобрать это значение, исходя из температуры радиатора градусов. Если совсем лень – ставим 1. Если это не так, ищем в справочнике параметр теплового сопротивления, на используемый вид подложки, и заносим его в таблицу.

А если предусмотрен, надо озадачиться выяснением этой самой величины скорости воздушного потока, омывающего наш теплоотвод. А приведу-ка я на следующей странице кусок главы из электротехнического справочника уважаемого автора Корякина-Черняка С.

Если Вы вдруг озадачились рассеиванием на радиаторе слишком высоких мощностей, калькулятор может выдать отрицательные значения. Смотрим формулу и видим – это нормально. Происходит это из-за ненулевого значения теплового сопротивления кристалл-корпус. Тут природу не обманешь – надо либо поднимать значение максимальной температуры кристалла Т2, либо искать транзистор с меньшим тепловым сопротивлением, либо сажать несколько транзисторов в параллель.

Теперь, что касается покупки радиатора по кропотливо рассчитанным нашей таблицей параметрам. Если производитель солидный, можно воспользоваться приведённым в технической документации значением удельного теплового сопротивления.

Если этот производитель Kinsten Industrial, или прочий китайский “no trademark” – воздержитесь от доверительных чувств к указанному в DataSheet параметру теплового сопротивления, а лучше старательно, по приведённым чертежам, просчитайте суммарную площадь подложки и граней, умножьте полученный результат на 2 и оценивайте возможность применения данной железяки в вашем устройстве, исходя из общей площади поверхности радиатора.

С этим всё, дальше кусок из умного справочника. Это нужно знать Весь перечень знаний находится на этой странице. Весь перечень знаний находится на этой странице. Онлайн расчёт площади радиаторов для транзисторов и микросхем.

На сайте радиочипи представлены принципиальные схемы сабвуферов, собранные своими руками

Радиаторы для полупроводниковых приборов. Во время работы мощные полупроводниковые приборы выделяют в окружающую среду определенную теплоту. Если не позаботиться об их охлаждении, транзисторы и диоды могут выйти из строя из-за перегрева рабочего кристалла. Обеспечение нормального теплового режима транзисторов и диодов – одна из важных задач. Для правильного решения этой задачи нужно иметь представление о работе радиатора и технически грамотном его конструировании. Как известно, любой нагретый предмет охлаждаясь отдает тепло окружающей среде.

Во время своей работы интегральные стабилизаторы напряжения, особенно линейные, выделяют в окружающую среду определенное количество.

Расчет радиатора для транзистора. Расчет пластинчатого (ребристого) радиатора

В физике, электротехнике и атомной термодинамике есть известный закон – ток, протекающий по проводам, нагревает их. Придумали его Джоуль и Ленц, и оказались правы – так оно и есть. Всё, что работает от электричества, так или иначе часть проходящей энергии передаёт в тепло. Так уж получилось в электронике, что самым страдающим от тепла объектом нашей окружающей среды является воздух. Именно воздуху нагревающиеся детали передают тепло, а от воздуха требуется принять тепло и куда-нибудь подевать. Потерять, к примеру, или рассеять по себе. Процесс отдачи тепла мы с вами назовем охлаждением.

3.1 Расчёт параметров радиатора для отвода тепла от транзистора.

Запросить склады. Перейти к новому. Расчет радиатора ключевого транзистора. Дано: IRF работающий в ключевом режиме, линейка светодиодов шт идут сразу с резисторами ток одного 20 мА, питание 5 вольт. Каким образом расчитать радиатор для данного транзистора?

Часть 1: Расчет тепловыделения и радиатора при постоянном токе Сначала простой случай, расчет радиатора по данным тепловыделения при постоянном токе.

Например, переключение производится не чаще чем с частотой 1 Гц.

Расчёт радиатора для транзистора

Во время своей работы интегральные стабилизаторы напряжения, особенно линейные, выделяют в окружающую среду определенное количество тепла. Если заранее не позаботиться об их охлаждении, то они могут выйти из строя, из-за перегрева рабочей структуры кристалла. Для обеспечения высокой точности и стабильности напряжения питания в современных электронных устройствах широкое распространение получили интегральные стабилизаторы напряжения ИМС серии хх78хх отечественный аналог КР которые производят многие зарубежные фирмы. Параметры некоторых ИМС стабилизаторов напряжения согласно данным из [1], приведены в табл. При мощности нагрузки более 1 Вт, ИМС линейного стабилизатора напряжения необходимо эксплуатировать с теплоотводом, к которому они крепятся болтовым соединением. Промышленность выпускает различные виды радиаторов на любой вкус: пластинчатые, ребристые, штыревые, игольчатые и др.

Онлайн расчёт площади радиаторов для транзисторов и микросхем.

Оглавление :: Поиск Техника безопасности :: Помощь. Чтобы рассчитать отвод тепла от силового элемента, используется понятие теплового сопротивления. По определению:. Вашему вниманию подборка материалов:. П рактика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы.

Обеспечение нормального теплового режима транзисторов (и диодов) – одна из важных . Полный расчет радиатора – очень трудоемкий процесс.

Простой расчет площади теплоотвода для мощных транзисторов и тиристоров

Расчёт радиатора для транзистора

Часто необходимо, как мы видели в приведенных выше схемах, использовать мощные транзисторы или другие сильноточные устройства, такие, как КУВ или силовые выпрямители, рассеивающие мощности во много ватт. Недорогой и очень распространенный мощный транзистор 2N, правильно смонтированный, рассеивает мощность до Вт. Все мощные устройства выпускаются в корпусах, обеспечивающих тепловой контакт между их металлической поверхностью и внешним радиатором.

6.04. Мощные транзисторы и отвод тепла

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как расчитать радиатор

Пытаюсь рассчитать радиатор для полевого транзистора IRF Силовая электроника, от простого к сложному. В своей конструкции хочется добиться рассеиваемой мощности Вт на IRF Ток через транзистор до 10 А, напряжение до 30 В соответственно с корректировкой на Вт. Мощные полевики обеспечивают заявленные мощностные параметры только в режиме полного открытия. Дело в том, что они состоят из множества параллельных мелких ячеек.

Рисунок 2 – Зависимость площади радиатора от перегрева и мощности рассеяния ЭРЭ коэффициент запаса 1,5. Определим необходимое значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Как рассчитать радиатор

Радиатор расчет. Как рассчитать радиатор для полупроводниковых. May 19, – Какой простой формулой можно подсчитать площадь радиатора охлаждения, если мне известны следующие параметры: температура воздуха-до 30 град. Сразу скажем — научно-обоснованной методики для расчета охлаждающих радиаторов не существует. Здесь мы приведем только пару-другую эмпирических способов, которые оправдали себя на практике и годятся для того, чтобы рассчитывать пассивные то есть без обдува радиаторы для подобных усилителей или для аналоговых источников питания, о которых пойдет речь в следующей главе. Типичный пластинчатый радиатор Сначала рассмотрим, как рассчитывать площадь радиаторов, исходя из их геометрии. Для расчета его площади нужно к площади его основания прибавить суммарную площадь его ребер также с каждой стороны.

Во время работы полупроводникового прибора в его кристалле выделяется мощность, что приводит к нагреву прибора. При этом его структура будет необратимо разрушаться. Следовательно, надежность работы полупроводниковых приборов во многом определяются эффективностью их охлаждения.

Расчет радиатора для транзистора

Теплоотвод радиатор для усилителя мощности играет далеко не последнюю роль в его эксплутационных характеристиках, определяя прежде всего надежность усилителя и как правило имеющий свои характеристики. Если не вдаваться в глубокую физику, то тепловое сопротивление радиатора это есть скорость с которой точка нагрева будет отдавать свое тепло охлаждающим поверхностям – ребрам. Этот параметр учитывается довольно редко, от этого и довольно частые выходы из строя самодельных усилителей. На рисунке 18 показаны схематично процессы нагрева теплоотвода от фланца силового транзистора. Рисунок 18 Распространение тепла внутри несущего основания теплоотвода.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

Расчёт радиатора для транзистора

6. 04. Мощные транзисторы и отвод тепла

Расчет теплоотвода (радиатора)

Анализ принципиальной схемы

Расчет площади радиатора

Онлайн расчёт площади радиаторов для транзисторов и микросхем.

Расчет теплоотвода (радиатора)

Радиаторы и охлаждение

На сайте радиочипи представлены принципиальные схемы сабвуферов, собранные своими руками

Расчет тепловыделения MOSFET-а и подбор подходящего радиатора охлаждения

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как рассчитать радиатор

Расчёт радиатора для транзистора

Пока количество тепла, выделяющегося в транзисторе, больше отдаваемого им среде – температура корпуса транзистора будет непрерывно возрастать. При некотором ее значении наступает так называемый тепловой баланс, то есть равенство количеств рассеиваемого и выделяемого тепла.

Если температура теплового баланса меньше максимально допустимой для транзистора – он будет надежно работать. Если эта температура выше допустимой максимальной температуры – транзистор выйдет из строя.

Для того, чтобы тепловой баланс наступал при более низкой температуре, необходимо увеличить теплоотдачу транзистора. Известны три способа передачи тепла: Теплопроводность, Лучеиспускание и Конвекция. Теплопроводность воздуха обычно мала – этим значением при расчете радиатора можно пренебречь. Доля тепла, рассеиваемая лучеиспусканием значительна лишь при высоких температурах несколько сотен градусов по Цельсию , поэтому этой величиной при относительно низких температурах работы транзисторов не более градусов также можно пренебречь.

Конвекция – это движение воздуха в зоне нагретого тела, обусловленное разностью температур воздуха и тела. Количество тепла, отдаваемого нагретым предметом, пропорционально разности температур предмета и воздуха, площади поверхности и скорости воздушного потока, омывающего тело. В молодости я столкнулся с оригинальным решением отвода тепла от мощных выходных транзисторов.

Транзисторы тогда для построения усилителей применяли транзисторы типа П на длинных проводах находились вне корпуса. К корпусу были прикручены две пластиковые баночки с водой, а транзисторы лежали в них. Таким образом было обеспечено “водяное” эффективное охлаждение. Когда вода в баночках нагревалась – ее просто заменяли на холодную Вместо воды можно использовать минеральное жидкое или трансформаторное масло Сейчас промышленность начала серийно выпускать водяные системы охлаждения процессоров и видеокарт компьютеров – по принципу автомобильных радиаторов но это – уже, на мой взгляд, экзотика Для обеспечения эффективного отвода тепла от кристалла полупроводника применяют теплоотводы радиаторы.

Познакомимся с некоторыми из конструкций радиаторов. Простейшим из них является пластинчатый радиатор. Площадь его поверхности равна сумме площадей двух сторон. Идеальной формой такого теплоотвода является круг, далее идут квадрат и прямоугольник.

Пластинчатый радиатор целесообразно применять при небольших мощностях рассеивания. Устанавливаться такой радиатор должен вертикально, в противном случае – эффективная площадь рассеяния снижается. Усовершенствованный пластинчатый теплоотвод представляет собой набор из нескольких пластин, загнутых в разные стороны.

Этот радиатор при площади поверхности равной простейшему пластинчатому имеет меньшие габариты. Устанавливается такой теплоотвод аналогично пластинчатому. Количество пластин может быть различным – в зависимости от необходимой поверхности. Площадь рассеивания такого радиатора равна сумме площадей всех загнутых участков пластин, плюс площадь поверхности центральной части. Это тип радиатора имеет и недостатки: пониженную эффективность отвода тепла от всех пластин, а также невозможность получения идеально прямой поверхности в местах соединения пластин между собой.

Для изготовления пластинчатых радиаторов следует использовать пластины с толщиной не менее 1,5 лучше – 3 миллиметров. Ребристый радиатор – обычно цельнолитой, либо фрезерованный – может быть с одно или двухсторонним оребрением. Двухстороннее оребрение позволяет увеличить площадь поверхности.

Площадь поверхности такого теплоотвода равна сумме площадей поверхности всех пластин и сумме площади поверхности основного тела радиатора. Самым эффективным из всех перечисленных является штыревой или игольчатый радиатор. При минимальном объеме такой радиатор имеет максимальную эффективную площадь рассеивания.

Площадь поверхности такого теплоотвода равна сумме площадей каждого штырька и площади основного тела. Также существуют теплоотводы с принудительной подачей воздуха пример – кулер процессора в вашем компьютере. Эти теплоотводы при небольшой площади поверхности радиатора способны рассеивать в окружающую среду значительные мощности к примеру – процессор среднего быстродействия Р выделяет, в зависимости от загрузки ватт тепловой энергии.

Материалом для радиаторов обычно служит алюминий и его сплавы. Лучшей эффективностью обладают теплоотводы, выполненные из меди, но вес и стоимость таких радиаторов выше, чем у алюминиевых. Если необходимо изолировать прибор от радиатора – применяются различные изоляционные прокладки. Применение прокладок снижает эффективность передачи тепла от кристалла, поэтому, если есть возможность – лучше изолировать теплоотвод от шасси конструкции.

Для более эффективного отвода тепла поверхность, которая соприкасается с полупроводниковым прибором, должна быть ровной и гладкой. Для повышения эффективности применяют специальные термопасты например “КПТ-8”. Применение термопаст способствует уменьшению теплового сопротивления участка “корпус – теплоотвод” и позволяет несколько понизить температуру кристалла.

В качестве прокладок используют слюду, различные пленки из пластмассы, керамику. В свое время мной было получено авторское свидетельство по способу изолирования корпуса транзистора от теплоотвода. Суть данного метода заключается в следующем: Поверхность теплоотвода покрывается тонким слоем термопасты например типа КПТ-8 , на поверхность пасты наносится методом насыпания слой кварцевого песка я использовал песок из плавкого предохранителя , далее излишек песка удаляется стряхиванием и транзистор плотно прижимается при помощи хомута, изготовленного из изоляционного материала.

При заводских испытаниях данного метода “прокладка” выдерживала кратковременно подачу напряжения в вольт от мегометра. Некоторые зарубежные мощные транзисторы выпускаются в изолированном корпусе – такой транзистор можно крепить непосредственно к теплоотводу без применения каких либо прокладок но это не исключает применения термопаст!

Источником тепла в системе транзистор-радиатор-окружающая среда является коллекторный P-N переход. Весь путь тепла в этой системе можно разделить на три участка: переход – корпус транзистора, корпус транзистора – теплоотвод, теплоотвод – окружающая среда.

Вследствие неидеальности передачи тепла температуры перехода, корпуса транзистора и окружающей среды существенно отличаются. Это происходит потому, что тепло на своем пути встречает некоторое сопротивление, называемое тепловым сопротивлением. Это сопротивление равно отношению разности температур на границах участка к рассеиваемой мощности.

Сказанное можно проиллюстрировать примером: по справочнику тепловое сопротивление переход-корпус транзистора П равно 4 градуса Цельсия на ватт. Наличие теплового сопротивления радиатора является причиной существенного различия температуры его участков, разноудаленных от места установки транзистора. Это означает, что в активной отдаче тепла участвует не вся поверхность радиатора, а лишь часть ее, которая имеет наиболее высокую температуру и поэтому наилучшим образом омывается воздухом.

Эта часть и называется эффективной поверхностью радиатора. Она будет тем больше, чем выше теплопроводящая способность радиатора. Теплопроводящая способность радиатора зависит от свойств материала из которого изготовлен теплоотвод и его толщины.

Вот поэтому для изготовления теплоотводов используют медь или алюминий. Полный расчет радиатора – очень трудоемкий процесс. Для грубого расчета можно использовать следующие данные: Для рассеивания 1 ватта тепла, выделяемого полупроводниковым прибором, достаточно использовать площадь теплоотвода, равную 30 квадратным сантиметрам. В журнале “Радио” была опубликована статья инженера Агеева по расчету теплоотводов для полупроводниковых приборов.

Вы можете закачать скан этой статьи приношу заранее извинения за не очень высокое качество здесь Кбайт. В журнале “Радиоаматор-Конструктор” была опубликована статья неизвестного автора по методике упрощенного расчета радиаторов. Просмотреть статью можно здесь. Литература по теме: Ю. Скрипников “Радиаторы для полупроводниковых приборов” около 2 мегабайт можно скачать здесь. На приведенных рисунках показаны четыре разновидности теплоотводов.

Рекомендуемые площади радиаторов для некоторых диодов приведены в таблице: Обозначение диода. Макс ток. Площадь радиатора.

6.04. Мощные транзисторы и отвод тепла

Часть 1: Расчет тепловыделения и радиатора при постоянном токе Сначала простой случай, расчет радиатора по данным тепловыделения при постоянном токе. Например, переключение производится не чаще чем с частотой 1 Гц. В даташите нас интересуют параметры теплового сопротивления Junction-to-Case сопротивление переход-корпус , Junctione-to-Ambient PCB mount переход-окружающая среда при монтаже на 1кв. Предположим, что напряжение на затворе будет 3. А ток будет 3А.

Нередко, проектируя мощное устройство на силовых транзисторах, или прибегая к использованию в Пример расчета радиатора для транзистора.

Расчет теплоотвода (радиатора)

Страничка эмбеддера Блог. Тепловой расчет транзисторов Если вы – начинающий в электронике, то задайте ваш вопрос тут. Расскажите что вы уже сделали чтобы найти ответ на свой вопрос, опишите свои рассуждения. Раньше как-то не заморачивался, так как мощности были маленькие, токи небольшие, и транзисторы не грелись толком. Сейчас ситуаций, где через транзюк будут идти большие токи, нет. Но все же: как верно рассчитать нагрев транзистора, как подобрать радиатор под него? Пока все, что знаю – расчет рассеиваемой мощности. Но где брать, например, это сопротивление для радиаторов? Думал мол ошибка какая-то А оказалось нет.

Анализ принципиальной схемы

BT без радиатора Какой максимальный ток можно пропускать через BT без использования радиатора? Выбор радиатора для TO? Какие из этих радиаторов лучше подходят для охлаждения? Посадочное место под транзистор с учетом радиатора Подскажите как в Proteus сформировать посадочное место под транзистор с учетом посадки радиатора. Расчет цепи несинусоидального тока и расчет переходного процесса Хотелось уточнить правильность решения задачи

Расчет площади радиатора

Она и так весёлая На самом деле, вакуумным приборам, работающим в штатном режиме, дополнительный отвод тепла не требуется. А вот мощным транзисторам, микросхемам и всяким диодам, которые толком и на баяне играть не умеют и, подобно лампам, рассеивать тепловую мощность путём естественной конвекции не научились – подавай принудительный отвод тепла от кристалла полупроводника. А не подашь, отойдут стройными рядами от мира сего из-за перегрева и последующего разрушения этого самого рабочего кристалла. Так вот, для обеспечения эффективного отвода тепла от силового элемента и применяют теплоотводы радиаторы.

Онлайн расчёт площади радиаторов для транзисторов и микросхем.

Во время работы полупроводникового прибора в его кристалле выделяется мощность, которая приводит к разогреву последнего. Если тепла выделяется больше, чем рассеивается в окружающем пространстве, то температура кристалла будет расти и может превысить максимально допустимую. При этом его структура будет необратимо разрушена. Наиболее эффективным является конвективный механизм охлаждения, при котором тепло уносит поток газообразного или жидкого теплоносителя, омывающего охлаждаемую поверхность. Чем больше охлаждаемая поверхность, тем эффективнее охлаждение, и поэтому мощные полупроводниковые приборы нужно устанавливать на металлические радиаторы, имеющие развитую охлаждаемую поверхность. В качестве теплоносителя обычно используется окружающий воздух. По способу перемещения теплоносителя различают :. В случае естественной вентиляции перемещение теплоносителя осуществляется за счет тяги, возникающей возле нагретого радиатора.

Однако, поиск по словам “расчёт радиатора” уже второй ссылкой ссылкой дал На транзисторе рассеивается мощность 30 W. Берем.

Расчет теплоотвода (радиатора)

Радиаторы и охлаждение

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Особенности применения радиаторов

На сайте радиочипи представлены принципиальные схемы сабвуферов, собранные своими руками

Расчет тепловыделения MOSFET-а и подбор подходящего радиатора охлаждения

Применение радиаторов естественного воздушного охлаждения требует выполнение расчетов теплообмена, однако для большинства практических приложений можно рекомендовать выбирать площадь поверхности воздушного радиатора с естественным охлаждением из условия рассеивания тепловой мощности в 1Вт площадью поверхности радиатора не менее 10 см 2. В данном проекте , следовательно, площадь радиатора должна быть больше см 2. Следовательно, общая площадь радиатора составит см 2.

Силовые транзисторы и радиаторы

Изучив этот раздел, вы должны уметь:
Распознать конструкцию силового транзистора.
• Понимание необходимости соединения коллектора и металлического корпуса.
Понимание взаимосвязи между мощностью и температурой в силовых двигателях.
• Снижение мощности.
Поймите необходимость радиаторов.
• Методы выбора радиаторов.
• Методы установки радиаторов.
Расчет требований к тепловому сопротивлению радиаторов.
• Распознавание методов преодоления ограничений в радиаторах.

Силовые транзисторы

Не существует четкой разницы между «обычными» транзисторами, используемыми в усилителях напряжения, и силовыми транзисторами, но, как правило, силовые транзисторы можно отнести к категории транзисторов, способных выдерживать более 1 ампера коллектора (или стока в случае полевых транзисторов) ток.

Поскольку силовые транзисторы, такие как те, что показаны на рис. 5.1.1, работают с большими токами и более высокими напряжениями, их конструкция отличается от малых сигнальных устройств. Они должны иметь низкое выходное сопротивление, чтобы они могли подавать большие токи в нагрузку, и хорошую изоляцию перехода, чтобы выдерживать высокие напряжения. Они также должны иметь возможность очень быстро рассеивать тепло, чтобы не перегреваться. Поскольку наибольшее количество тепла выделяется на переходе коллектор/база, площадь этого перехода делается максимально возможной.

Мощность и температура

Максимальная номинальная мощность транзистора в значительной степени зависит от температуры перехода коллектор/база, как видно из графика снижения мощности на рис. 5.1.2. Если рассеивается слишком много энергии, этот переход становится слишком горячим, и транзистор разрушается, типичная максимальная температура составляет от 100°C до 150°C, хотя некоторые устройства могут выдерживать более высокие максимальные температуры перехода. Максимальная выходная мощность силового транзистора тесно связана с температурой и выше 25°C падает линейно до нулевой выходной мощности при достижении максимально допустимой температуры.

Снижение номинальной мощности

Рис. 5.1.2 График снижения мощности для TIP31

Например, такой транзистор, как TIP31, имеющий указанную максимальную выходную мощность P _TOT, равную 40 Вт, может выдерживать только 40 Вт power IF температура корпуса (чуть меньше температуры перехода) не превышает 25°C. Производительность силового транзистора во многом зависит от его способности рассеивать тепло, выделяемое на переходе коллектор-база.

Свести к минимуму проблему нагрева можно двумя способами:

1. Работая с транзистором максимально эффективно, т. е. выбирая класс смещения, обеспечивающий высокий КПД и наименьший расход энергии.
2. Путем обеспечения того, чтобы тепло, выделяемое транзистором, могло быть удалено и эффективно передано окружающему воздуху как можно быстрее.

Метод 2 выше подчеркивает важность взаимосвязи между силовым транзистором и его радиатором, устройством, прикрепленным к транзистору для отвода тепла. Поэтому физическая конструкция силовых транзисторов разработана таким образом, чтобы максимизировать передачу тепла к радиатору. В дополнение к обычному выводному проводу коллектора, коллектор силового транзистора, который имеет гораздо большую площадь, чем у малосигнального транзистора, обычно находится в непосредственном контакте с металлическим корпусом транзистора или металлической монтажной площадкой. , который затем можно прикрепить болтами или защелкнуть непосредственно к радиатору. Типичные силовые транзисторы в металлическом корпусе и в металлическом корпусе показаны на рис. 5.1.1 9.0027

Поскольку усилители мощности выделяют значительное количество тепла, что приводит к потере энергии, они сделаны максимально эффективными. Для усилителей напряжения низкий уровень искажений имеет большее значение, чем эффективность, но для усилителей мощности, хотя искажения нельзя игнорировать, эффективность имеет жизненно важное значение.

Радиаторы

Рис. 5.1.3 Радиаторы

Радиатор предназначен для максимально эффективного отвода тепла от транзистора и рассеивания его в окружающий воздух. Радиаторы бывают разных форм, например, из ребристых алюминиевых или медных листов или блоков, часто окрашенных или анодированных в матовый черный цвет для более быстрого рассеивания тепла. Выбор радиаторов показан на рис. 5.1.3.

Необходим хороший физический контакт между транзистором и радиатором, и перед тем, как прижать транзистор к радиатору, на область контакта наносится теплопроводящая смазка (смазка для радиатора).

Там, где необходимо сохранить электрическую изоляцию между транзистором и радиатором, между радиатором и транзистором используется слой слюды. Слюда обладает отличными изоляционными и очень хорошими теплопроводными свойствами.

Выбор правильного радиатора

Рис. 5.1.4 Установка радиатора TO220

Доступно множество радиаторов, подходящих для определенных типов корпусов транзисторов («корпус» относится к форме и размерам транзистора). На рис. 5.1.4 показаны различные этапы установки типичного зажима на радиатор.

(a) показывает трубку из теплоотводящего компаунда.

(b) показывает зажим TO220 на радиаторе.

(d) показывает металлический корпус транзистора, смазанный теплоотводящим компаундом. Это необходимо для создания эффективного теплообмена между транзистором и радиатором.

(e) показывает транзистор, прикрепленный к радиатору.

(f) показан альтернативный метод монтажа, используемый, когда металлический корпус транзистора (который обычно также является выводом коллектора) должен быть изолирован от радиатора. В этом примере используется слюдяная шайба в форме TO220, а транзистор крепится к радиатору с помощью болта, вставленного в маленькую изолирующую втулку.

Типовой R

_-й Расчет для:

Транзистор TIP31 (корпус TO220), необходимый для рассеивания 5 Вт.
Максимальная температура перехода = 150°C
Температура окружающей среды (воздуха) = 25°C.

Тепловое сопротивление между спаем и корпусом, рассчитанное по графику снижения мощности Рис. 5.1.2.
R _{th j-c} = (150°C − 25°C) / 40 Вт = 3,125°C/Вт .
Макс. температура корпуса при рассеивании 5 Вт = 150 − (5 x 3,125) = 134°C (приблизительно).
Термическое сопротивление R _{th c-hs} между корпусом и радиатором (с учетом слюдяной прокладки) = 2°C/Вт.
Макс. температура радиатора = 134 – (5 x 2) = 124°C .
Для достижения температуры окружающего воздуха = 25°C Тепловое сопротивление радиатора должно быть лучше, чем (124 − 25) / 5 = 19,8°C/Вт
Во избежание работы транзистора при его максимально допустимой температуре лучше выбрать радиатор с тепловым сопротивлением примерно от 10 до 15°C/Вт.

Расчет требуемого теплового сопротивления R

_th для радиатора
Выбранный радиатор должен рассеивать тепло от транзистора в окружающий воздух достаточно быстро, чтобы температура перехода транзистора не превышала его максимально допустимое значение (обычно указывается в паспорте транзистора), обычно от 100 до 150°C.
Каждый радиатор имеет параметр, называемый термическим сопротивлением (R _th), измеряемый в °C/Ватт, и меньшее значение R _th тем быстрее рассеивается тепло. Другие факторы, влияющие на рассеивание тепла, включают мощность (в ваттах), рассеиваемую транзистором, эффективность теплопередачи между внутренним переходом транзистора и корпусом транзистора, а также между корпусом и радиатором.
Также необходимо учитывать разницу между температурой радиатора и температурой окружающего радиатора воздуха (температурой окружающей среды). Главный критерий — радиатор должен быть достаточно эффективным, слишком эффективный — не проблема.
Следовательно, любой радиатор с тепловым сопротивлением ниже или равным расчетному значению должен быть в порядке, но во избежание постоянной работы транзистора при максимально допустимой температуре или близкой к ней, что почти гарантированно сокращает срок службы транзистора. , рекомендуется по возможности использовать радиатор с более низким тепловым сопротивлением.
График снижения номинальной мощности транзистора TIP31, показанный на рис. 5.1.2, иллюстрирует зависимость между мощностью, рассеиваемой транзистором, и температурой корпуса. Когда транзистор рассеивает 5 Вт, по графику можно оценить, что максимальная безопасная температура корпуса при температуре перехода 150 °C будет составлять от 134 до 135 °C, что подтверждает приведенный выше расчет макс. температура корпуса.
Транзистор TIP31 имеет максимальную рассеиваемую мощность P _TOT, равную 40 Вт, но из графика на рис. 5.1.2 видно, что это достижимо только в том случае, если температура корпуса транзистора поддерживается на уровне 25°C. Температура корпуса может повышаться только до 150°C (такой же, как и максимальная температура перехода), если рассеиваемая мощность равна нулю.
Параллельные транзисторы для мощных приложений
Рис. 5.1.5 Силовые транзисторы, соединенные параллельно
В приложениях с высокой мощностью может оказаться невозможным найти подходящий радиатор для конкретного транзистора, тогда одним из решений может быть использование другого мощного транзистора или другого типа корпуса (корпуса), если таковой имеется. Другой альтернативой является использование двух или более транзисторов, соединенных параллельно, с разделением общей мощности между ними. Это может быть более дешевым вариантом, чем один очень дорогой радиатор.
Тепловой разгон
Во многих современных схемах силовые МОП-транзисторы предпочтительнее биполярных транзисторов из-за проблемы теплового разгона биполярных транзисторов. Это процесс, в котором ток увеличивается как естественный эффект в полупроводниках по мере увеличения температуры устройства. Затем это повышение температуры приводит к дальнейшему увеличению протекающего тока и последующему дальнейшему повышению температуры до тех пор, пока рост температуры и тока не выйдет из-под контроля и устройство не разрушится.
Когда несколько плохо согласованных транзисторов соединены параллельно, транзистор, пропускающий наибольший ток, нагревается сильнее, а другие, пропускающие меньший ток, охлаждаются. Следовательно, более горячий транзистор может быть подвержен риску теплового разгона, однако тщательно согласованные биполярные транзисторы все же могут быть предпочтительнее полевых МОП-транзисторов для некоторых высоковольтных приложений.
К началу страницы

Выбор подходящего радиатора
Разработчики портативных компьютеров, производители аудиоусилителей и производители блоков питания могут охлаждать свои продукты, следуя этим фундаментальным уравнениям проектирования радиаторов для естественной конвекции и принудительной вентиляции. воздушное охлаждение.
Силовые транзисторы и модули, многие блоки регуляторов питания и сильноточные диоды обычно выделяют больше тепла, чем их собственная масса может безопасно рассеять. По этой причине силовые устройства должны надежно крепиться к подходящему радиатору, чтобы эффективно увеличить массу и площадь поверхности их теплоотводящих переходов. Радиаторы бывают самых разных форм, размеров, цветов и отделки поверхности для конкретных и общих применений в полупроводниковых схемах.
Нагрев силового устройства
Количество тепла, выделяемого силовым полупроводником или модулем, зависит от режима его работы, уровня смещения, амплитуды сигнала и формы приложенного сигнала. Например, силовые транзисторы, используемые в качестве усилителей класса А для синусоидальных или комплексных волн, или проходные транзисторы и модули для регулирования источников питания постоянного тока, выделяют гораздо больше тепла, чем генераторы прямоугольных импульсов, усилители класса АВ, усилители прямоугольных сигналов класса В и ШИМ (импульсные генераторы). широтная модуляция) усилители. Например, когда силовой транзистор работает с прямоугольными импульсами, напряжение коллектора высокое при малом токе, затем высокий ток при низком напряжении в периоды насыщения и отсечки. Результатом является очень низкое среднее рассеивание мощности. Но в любом случае этим устройствам нужен какой-то тип радиатора, чтобы рассеивать внутреннюю энергию, которую они генерируют.
Температурный градиент и перепад температур
Кремниевый силовой транзистор или сильноточный диод, который должен иметь теплоотвод, имеет допустимую максимальную температуру перехода обычно 150 °C или немного больше. Если тепловыделяющее устройство не подключается к большей массе или площади поверхности, вряд ли можно будет приблизиться к величине тока и напряжения перехода, указанным в типовом листе спецификаций, прежде чем устройство превысит максимальную температуру перехода коллектора. Причина в том, что в листах спецификаций устройства указаны их характеристики с устройством, установленным на радиаторе значительных размеров, обычно называемом «бесконечным» радиатором.
Температура воздуха, окружающего тепловыделяющее устройство, должна быть намного ниже максимально допустимой температуры перехода для охлаждения устройства. Радиатор пытается снизить температуру перехода до температуры окружающей среды. Если бы радиатор был термически идеальным, температура перехода транзистора могла бы достигать такой же температуры, как и при более низкой температуре окружающей среды. Однако на практике это невозможно. Путь теплопроводности от перехода транзистора к окружающему воздуху содержит физические соединения между переходом и корпусом, корпусом и радиатором (через изолятор, если он используется), а также радиатором и окружающей средой. Эти соединения не являются термически идеальными и поэтому создают перепад температур. Это тепловые сопротивления, и каждое тепловое сопротивление имеет уникальный номер коэффициента. Коэффициент выражается как температура в градусах Цельсия на ватт рассеяния (°C/Вт). Из-за этих сопротивлений всегда возникает перепад температур между коллекторным переходом и окружающей средой. Эта переменная должна быть сведена к минимуму.
Фактическая разница температур зависит от количества энергии, рассеиваемой переходом. Средняя рассеиваемая мощность транзистора приблизительно равна: Pd=Ic x Vce , где Pd = рассеиваемая мощность в ваттах при генерации постоянного тока; Ic = ток коллектора; и Vce = напряжение коллектор-эмиттер.
Сначала изучите характеристики однотактного усилителя класса А. Транзистор, выбранный для этого примера, имеет пиковый ток коллектора 15 А и рассеиваемую мощность 90 Вт при температуре корпуса 25°C. Рассеиваемая мощность уменьшается линейно от 25°C до нуля ватт рассеивания при температуре корпуса 100°C. См. рис. 1.
Характеристики рассеиваемой мощности транзистора обычно рассчитаны при 25 °C и снижаются до нуля при 100 °C. Переменные для надежной конструкции должны находиться под кривой.
Когда выходная мощность каскада усилителя класса А составляет пиковую 90 Вт, ток коллектора в состоянии покоя составляет около 1,5 А при напряжении коллектор-эмиттер 30 В (со смещением в средней точке линии нагрузки). Используя уравнение для рассеяния мощности, каскад класса A производит 45 Вт (Pd = 30 В x 1,5 А = 45 Вт). Произведение тока коллектора и напряжения по обе стороны от этого состояния покоя дает меньшую рассеиваемую мощность, поэтому 45 Вт — это максимальная рассеиваемая мощность, которую следует учитывать. Это значение используется ниже для расчета требуемого теплоотвода.
Характеристики радиатора
Теперь можно выбрать подходящий радиатор. По мере увеличения рассеиваемой мощности в устройстве размер радиатора должен увеличиваться, чтобы большая площадь поверхности подвергалась воздействию окружающей среды. Во-первых, учитываются материал и размер радиатора. Теплопроводность материала должна быть как можно выше. Медь является лучшей по теплопроводности, а алюминий занимает второе место. Разница в стоимости между медью и алюминием превышает их разницу в теплопроводности, поэтому алюминиевые радиаторы в значительной степени являются отраслевым стандартом. Способность алюминия отводить тепло в окружающую среду измеряется в °C/Вт рассеиваемой мощности, которая в первую очередь зависит от площади его поверхности и отделки.
Сначала рассмотрим квадрат из блестящего алюминия размером 1/8 дюйма. толщиной с площадью поверхности 5 дюймов. ² с каждой стороны, расположенные вертикально. Согласно фактическим измерениям, тепловое сопротивление составляет около 9 °C/Вт. См. рис. 2. Если оно увеличится до 10 дюймов ² , тепловое сопротивление уменьшится еще больше, пока не будет достигнут практический предел около 140 дюймов ² площади радиатора. Здесь тепловое сопротивление составляет около 1,4 ° C / Вт на открытом воздухе, и увеличение площади поверхности не приводит к значительному снижению теплового сопротивления. Более 140 дюймов ² в этом случае будет считаться бесконечным радиатором. Медь расположена вертикально, 1/8 дюйма. толщиной на 140 дюймов. ² имеет тепловое сопротивление около 1,0 °C/Вт по сравнению с алюминием при 1,4 °C/Вт.
Тепловое сопротивление быстро падает при отсутствии радиатора до 3,0 °C/Вт при площади 40 дюймов2 и выравнивается примерно до 1,5 °C/Вт, когда размер радиатора достигает примерно 100 дюймов2 (бесконечный радиатор). Дальнейшее его увеличение мало что меняет.
Наиболее часто используемый тип имеющегося в продаже радиатора представляет собой ребристый экструдированный алюминиевый радиатор, как показано на рис. 3. Обычно он окрашен в черный цвет с оголенной открытой областью для монтажа полупроводникового устройства или может быть полностью анодирован в черный цвет. Он может быть перфорирован для размещения любого штифта или монтажного устройства. Эта базовая форма радиатора наиболее желательна для принудительного воздушного охлаждения и охлаждения с естественной конвекцией, поскольку большая площадь поверхности подвергается воздействию окружающего воздуха в сравнительно небольшом объеме. Приблизительно 80 дюймов ² излучающей поверхности может содержаться в объеме всего 4,5 x 1,5 x 3 дюйма. Этим же радиаторам можно придать зубчатую поверхность, чтобы еще больше увеличить доступную площадь поверхности на единицу объема. Кроме того, некоторые радиаторы имеют «массив штифтовых решеток» и другую геометрию для специальных применений.
Это типичный радиатор, предназначенный либо для естественной конвекции воздуха, либо для принудительного воздушного охлаждения, и выпускается в самых разных формах и размерах. Производители обычно предоставляют спецификации для обоих видов использования.
Теперь вернитесь к примерным расчетам рассеивания тепла и сопоставьте требования к надлежащему радиатору. Во-первых, просуммируйте тепловые сопротивления, умножьте сумму на рассеиваемую мощность полупроводника и прибавьте результаты к температуре окружающей среды. Это дает новую температуру перехода. Если только что рассчитанная температура превышает максимально допустимую температуру для устройства, как показано на кривой снижения номинальных характеристик (рис. 1), необходимо изменить один или несколько факторов в расчетах. Например, можно понизить температуру окружающей среды или уменьшить рассеиваемую мощность за счет снижения входного напряжения или тока. Кроме того, любое из термических сопротивлений может быть уменьшено для достижения той же цели.
Для установившегося режима это тепловая цепь, эквивалентная закону Кирхгофа для электрической цепи.
См. рис. 4. Уравнение, используемое для определения температуры перехода устройства, выглядит следующим образом: ) + Ta
где:
Tj = температура перехода, °C
Pd = рассеиваемая мощность, Вт
Θjc = тепловое сопротивление перехода, °C/Вт
Θcs = тепловое сопротивление изолятора, °C/Вт
Θsa = тепловое сопротивление радиатора, °C/Вт
Θja = переход к окружающей среде, °C/Вт
Ta = температура окружающей среды, °C
Предыдущие расчеты несимметричного усилителя класса А рассеивали 45 Вт. Выбрать максимальная температура окружающей среды 50 °C; тепловое сопротивление транзистора Θjc 0,8 °C/Вт; силиконовая смазка для получения Θcs 0,1 °C/Вт; и коммерческий радиатор, как показано на рисунке 4, с Θsa 1,8 °C/Вт.
Теперь проверьте:
Tj = 45(0,8 + 0,1 + 1,8) + 50
Tj = 171,5 °C
Это неудовлетворительное решение: в примере допустима только Tj, равная 98,6 °C, поэтому уточните числа, чтобы понизить температуру до более приемлемого уровня. Хотя эта температура ниже максимально допустимой для транзистора, взгляд на график снижения номинальных характеристик показывает, что при 98 °C допустимо рассеивание только 2 Вт. Транзистор должен был бы рассеивать на 16 Вт больше, чем он был рассчитан, и быстро вышел бы из строя. Снижение температуры окружающей среды с 50 °C до 30 °C приведет к Tj, равному 78 °C, а кривая снижения номинальных характеристик допускает более 18 Вт при этой температуре, так что это удовлетворительное сочетание радиатора, транзистора и температуры окружающей среды. Однако, если исходные 50 °C являются необходимым параметром, то уменьшите требуемую выходную мощность; использовать дополнительные выходные каскады; выберите другой силовой транзистор (где Tj = максимум от 175 до 200 °C) или радиатор (или используйте принудительное воздушное охлаждение, как описано ниже).
Это удобный график для быстрого определения работоспособности конкретного радиатора без долгих расчетов.
Спецификации радиатора
Графики, диаграммы и таблицы, прилагаемые к сборным радиаторам, содержат много полезной информации о том, как их можно эффективно использовать. Типичный график, показанный на рис. 5, отображает характеристики теплового сопротивления радиатора на рис. 3. Разница температур измеряется непосредственно в °C от монтажа до окружающего воздуха, как видно на вертикальной оси графика. Мощность рассеивания радиатора в ваттах отложена по горизонтали. Вертикально установленный радиатор имеет тепловой коэффициент около 2,2 °C/Вт. Транзистор можно электрически изолировать от радиатора слюдой или другим изолятором. Однако слюдяной изолятор имеет коэффициент от 0,8 °C/Вт до 0,5 °C/Вт, который необходимо добавить к тепловому сопротивлению радиатора. Силиконовая смазка на обеих сторонах изолятора снижает сопротивление вдвое или на 0,4-0,25 °С/Вт. В любом случае транзистор или модуль следует монтировать рядом с нижним краем вертикально установленного радиатора для лучшего рассеяния.
Еще одна особая характеристика, на которую указывают некоторые производители, — это эффект принудительного воздушного потока для радиатора с естественной конвекцией, как показано на рис. 6. Термическое сопротивление радиатора показано по оси ординат, а расход воздуха в кубических футах в минуту — по оси абсцисс. Как показано, тепловое сопротивление радиатора может быть значительно снижено с 1,7 до менее чем 0,6 °C/Вт при расходе воздуха всего 16 кубических футов в минуту.
Небольшой поток принудительного воздуха существенно влияет на тепловое сопротивление, когда пространство позволяет установить вентилятор или воздуходувку.
Температура окружающей среды 30 °C, которая была выбрана в качестве решения для усилительного каскада, слишком низкая для использования на практике. Гораздо более реалистичной температурой является 50 ° C, которая была предложена впервые. Используя ранее рассчитанные 18 Вт, выберите принудительный воздушный поток 16 кубических футов в минуту, Θsa радиатора 0,6 °C/Вт и температуру окружающей среды 50 °C. Подставьте эти значения в уравнение для решения Tj, и результат будет 77 °C. Кривая снижения номинальных характеристик показывает допустимую мощность 25 Вт при 77 °C, поэтому принудительная подача воздуха действительно является приемлемым вариантом.