Ako vypočítať radiátor pre tranzistor

Pri navrhovaní výkonného zariadenia na výkonových tranzistoroch alebo pri použití výkonného usmerňovača v obvode často čelíme situácii, keď je potrebné rozptýliť veľa tepelnej energie, merané v jednotkách a niekedy aj desiatky wattov.

Napríklad tranzistor FGA25N120ANTD IGBT spoločnosti Fairchild Semiconductor, ak je správne nainštalovaný, je teoreticky schopný dodávať cez šasi pri teplotách podvozku 25 ° C asi 300 wattov tepelnej energie! A ak je teplota puzdra 100 ° C, tranzistor bude schopný dať 120 wattov, čo je tiež dosť veľa. Aby však mohol tranzistorový obal v zásade dodávať toto teplo, je potrebné poskytnúť mu správne pracovné podmienky, aby vopred nevyhorel.

Všetky výkonové spínače sa vydávajú v takých prípadoch, ktoré sa dajú ľahko nainštalovať na externý chladič - radiátor. Okrem toho je vo väčšine prípadov kovový povrch kľúča alebo iného zariadenia vo výstupnom kryte elektricky spojený s jednou zo svoriek tohto zariadenia, napríklad s kolektorom alebo s odtokom tranzistora.

Úlohou radiátora je teda presne udržiavať tranzistor a najmä jeho pracovné prechody pri teplote neprevyšujúcej maximálnu povolenú hodnotu.

Ak je to tak kremíkový tranzistor úplne kovový, potom je typická maximálna teplota okolo 200 ° C, ak je puzdro z plastu, potom 150 ° C. V údajovom liste môžete ľahko nájsť údaje o maximálnej teplote konkrétneho tranzistora. Napríklad pre FGA25N120ANTD je lepšie, ak jeho teplota nepresahuje 125 ° C.

Po znalosti všetkých základných tepelných parametrov je ľahké zvoliť vhodný žiarič. Stačí zistiť maximálnu teplotu prostredia, v ktorom bude tranzistor pracovať, výkon, ktorý tranzistor bude musieť rozptýliť, potom vypočítať prechodnú teplotu tranzistora s prihliadnutím na tepelné odpory krištáľového puzdra, krokusy-žiariče, pripojenia radiátora a prostredia, po ktorých zostáva výber chladiča. pri ktorej bude teplota tranzistora aspoň o niečo nižšia ako maximálna povolená teplota.

Najdôležitejším parametrom pri výbere a výpočte radiátora je tepelný odpor. Rovná sa pomeru teplotného rozdielu na povrchu tepelného kontaktu v stupňoch k prenášanému výkonu.

Pri prenose tepla procesom prenosu tepla zostáva tepelný odpor konštantný, ktorý nezávisí od teploty, ale závisí iba od kvality tepelného kontaktu.

Ak existuje niekoľko prechodov (tepelné kontakty), potom sa tepelný odpor prechodu, pozostávajúci z niekoľkých po sebe nasledujúcich zlúčenín, bude rovnať súčtu tepelných odporov týchto zlúčenín.

Takže, ak je tranzistor namontovaný na radiátore, potom sa celkový tepelný odpor počas prenosu tepla bude rovnať súčtu tepelných odporov: kryštalický prípad, radiátor prípadu, prostredie radiátora. V súlade s tým je teplota kryštálov v tomto prípade podľa vzorca:

Ako príklad uvážime prípad, keď potrebujeme zvoliť radiátor pre dva tranzistory FGA25N120ANTD, ktorý bude pracovať v obvode push-pull prevodníka, pričom každý tranzistor rozptyľuje 15 wattov tepelnej energie, ktorý sa musí preniesť do prostredia, t. J. kryštály tranzistorov cez radiátor - do vzduchu.

Pretože existujú dva tranzistory, najprv nájdeme radiátor pre jeden tranzistor, potom len zoberieme radiátor s dvojnásobnou plochou na prenos tepla, s polovičným tepelným odporom (použijeme izolačné tesnenia).

Nechajte naše zariadenie pracovať pri okolitej teplote 45 ° C. Teplota kryštálu sa nesmie udržiavať vyššia ako 125 ° C. V údajovom liste vidíme, že pre vstavanú diódu je tepelný odpor kryštalického puzdra väčší ako tepelný odpor kryštalického puzdra priamo IGBT a rovná sa 2 ° C / W. Táto hodnota sa bude brať do úvahy ako tepelný odpor kryštalického puzdra.

Tepelný odpor silikónového izolačného tesnenia je asi 0,5 ° C / W - bude to tepelný odpor radiátora. Teraz, pri vedomí rozptýlenej energie, maximálnej teploty kryštálu, maximálnej teploty okolia, tepelného odporu kryštalického plášťa a tepelného odporu plášťového radiátora, nachádzame nevyhnutný tepelný odpor prostredia radiátora.

Preto musíme zvoliť radiátor, aby sa tepelný odpor prostredia radiátora dosiahol za týchto podmienok 2,833 ° C / W alebo menej. A na akú teplotu v tomto prípade sa radiátor prehrieva v porovnaní s okolím?

Nájdený zistený tepelný odpor na hranici radiátora a prostredia a vynásobte ho rozptýleným výkonom, napríklad 15 wattov. Prehriatie bude okolo 43 ° C, t. J. Teplota radiátora bude okolo 88 ° C. Pretože v našom obvode budú dva tranzistory, bude potrebné rozptýliť výkon dvakrát toľko, čo znamená, že potrebujete radiátor s polovičným tepelným odporom, ktorý je 1,4 ° C / W alebo menej.

Ak nemáte možnosť zvoliť žiarič so zisteným tepelným odporom, môžete použiť starú dobrú empirickú metódu - pozri harmonogram z referenčnej knihy. Keď poznáme teplotný rozdiel medzi prostredím a radiátorom (napríklad 43 ° C), poznáme rozptýlený výkon (napríklad pre dva tranzistory - každý s výkonom 15 W), nájdeme potrebnú plochu radiátora, tj celkovú kontaktnú plochu radiátora s okolitým vzduchom (pre náš príklad - dva zo 400 cm2).

Pozri tiež túto tému:Palcový * stupeň / watt - čo je tento parameter chladiča?