Расчет площади радиатора для транзистора: Расчёт радиаторов для транзисторов и микросхем. Онлайн калькулятор теплоотводов.

Содержание

Расчёт радиаторов для транзисторов и микросхем. Онлайн калькулятор теплоотводов.

– На кой хрен козе баян? Она и так весёлая … – живо интересовались удмуртские радиолюбители, разглядывая диковинный теплоотвод, установленный на лампу выходного каскада.
– Только для игры на баяне, козе баян и нужен, на какой же ещё? – гордо отвечал владелец теплоотвода, весьма довольный произведённым на коллег впечатлением.

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).

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.

Существует формула для расчёта теплового сопротивления теплоотвода:
Q=(T2-T1)/P-Q1-Q2, где
Т2 – максимальная температура кристалла транзистора по справочнику,
Т1 – максимально допустимая температура в коробке с нашим устройством,
P – рассеиваемая на транзисторе мощность,
Q1 – тепловое сопротивление кристалл-корпус по справочнику,
Q2 – тепловое сопротивление корпус-радиатор.

Эта формула непререкаема и не должна вызывать никаких сомнений.

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. Л., за что ему большое человеческое спасибо.

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.

Значение этой величины в основном зависит от типа корпуса и у современных транзисторов составляет величину 0,4-1,5 (°С/Вт) или (К/Вт).
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 0.2-1.5 (°С/Вт), в зависимости от толщины прокладки.
Т2 – максимальная температура кристалла транзистора, обозначается Tjmax и составляет для мощных транзисторов величину 120-175°С.

Т1 – максимально допустимая температура внутри корпуса, в котором находится радиатор, либо максимальная температура окружающей среды, если рёбра радиатора выведены наружу.

ИТАК, РИСУЕМ ТАБЛИЧКУ ДЛЯ РАЧЁТА ПЛОЩАДИ РАДИАТОРА

– Так же оставляем в покое графу “скорость воздушного потока от вентилятора”, если оный не предусмотрен нашей конструкцией. А если предусмотрен, надо озадачиться выяснением этой самой величины скорости воздушного потока, омывающего наш теплоотвод.
Как? А приведу-ка я на следующей странице кусок главы из электротехнического справочника уважаемого автора Корякина-Черняка С.

Л., посвящённый расчёту радиаторов, там кобыла и отыщется. Как правило, значение этой величины находится в пределах 1-5 м/сек.

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. Параметр этот имеет размерность дюйм*град/Вт, поэтому для пересчёта его в тепловое сопротивление всего радиатора, нам надо разделить это значение на длину в см. и умножить на 2,54.
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.

Простой расчет площади теплоотвода для мощных транзисторов и тиристоров — Меандр — занимательная электроника

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.

Конструкторы чаще выдумывают, чем рассчитывают, какую площадь должен иметь теплоотвод. Из-за этого либо сгорают транзисторы, либо теплоотводы получаются более громоздкими.

Как известно, любой нагретый предмет охлаждаясь отдает тепло окружающей среде. 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.

Есть такой параметр, как тепловое сопротивление. Он показывает, на сколько градусов нагревается объект, если в нем выделяется мощность 1 Вт. К сожалению, в справочниках по транзисторам такой параметр приводится редко. Например. для транзистора в корпусе ТО-5 тепловое сопротивление равно 220°С на 1 Вт. Это означает, что если в транзисторе выделяется 1 Вт мощности, то он нагреется на 220°С. Если допускать нагрев не более чем до 100°С, например, на 80°С относительно комнатной температуры, то получим, что на транзисторе должно выделяться не более 80/220 = 0,36 Вт. В дальнейшем будем считать допустимым нагрев транзистора или тиристора не более, чем на 80°С.

Существует грубая формула для расчета теплового сопротивления теплоотвода Q = 50/ √S °С/Вт. (1)

где S — площадь поверхности теплоотвода, выраженная в квадратных сантиметрах. Отсюда площадь поверхности можно рассчитать по формуле:

S = [50/Q]

2. ( 2 )

Рассмотрим в качестве примера расчет теплового сопротивления конструкции, показанной на рисунке. Конструкция теплоотвода состоит из 5 алюминиевых пластин, собранных в пакет. Предположим, W=20 см, D=10 см, а высота (на рисунке не показана) 12 см. каждый «выступ» имеет площадь 10×12 = 120 см2, а с учетом обеих сторон 240 см². Десять «выступов’» имеют площадь 2400 см², а пластина две стороны х 20 х 12 = 480 см². Итого получаем S=2880 см². По формуле (1) рассчитываем Q=0,93°С/Вт. При допустимом нагреве на 80°С получаем мощность рассеяния 80/0,93 = 90 Вт.

Теперь проведем обратный расчет. Предположим, нужен блок питания с выходным напряжением 12 В и током 10 А. После выпрямителя имеем 17 В. следовательно, падение напряжения на транзисторе составляет 5 В, а значит, мощность на нем 50 Вт. При допустимом нагреве на 80°С получим требуемое тепловое сопротивление Q=80/50= =1.6°С/Вт. Тогда по формуле (2) определим S= 1000 см

Расчет площади радиатора для транзистора, тепловое сопротивление кристалл корпус

Как рассчитать радиатор для транзистора

Нередко, проектируя мощное устройство на силовых транзисторах, или прибегая к использованию в схеме мощного выпрямителя, мы сталкиваемся с ситуацией, когда необходимо рассеивать очень много тепловой мощности, измеряемой единицами, а иногда и десятками ватт.

К примеру IGBT-транзистор FGA25N120ANTD от Fairchild Semiconductor, если его правильно смонтировать, теоретически способен отдать через свой корпус порядка 300 ватт тепловой мощности при температуре корпуса в 25 °C! А если температура его корпуса будет 100 °C, то транзистор сможет отдавать 120 ватт, что тоже совсем немало. Но для того чтобы корпус транзистора в принципе смог отдать это тепло, необходимо обеспечить ему надлежащие рабочие условия, чтобы он раньше времени не сгорел.

Все силовые ключи выпускаются в таких корпусах, которые можно легко установить на внешний теплоотвод — радиатор. При этом в большинстве случаев металлическая поверхность ключа или другого устройства в выводном корпусе, электрически соединена с одним из выводов данного устройства, например с коллектором или со стоком транзистора.

Так вот, задача радиатора как раз и состоит в том, чтобы удержать транзистор, и главным образом его рабочие переходы, при температуре, не превышающей максимально допустимую.

Если корпус кремниевого транзистора полностью металлический, то типичная максимальная температура составляет примерно 200 °C, если же корпус пластиковый, то 150 °C. Данные о максимальной температуре для того или иного транзистора вы сможете легко найти в даташите. Например для FGA25N120ANTD лучше если его температура не будет превышать 125 °C.

Зная все основные тепловые параметры, несложно подобрать подходящий радиатор. Достаточно лишь выяснить максимальную температуру окружающей среды, в которой будет работать транзистор, мощность, которую должен будет рассеивать транзистор, затем подсчитать температуру переходов транзистора с учетом тепловых сопротивлений соединений кристалл-корпус, кропус-радиатор, радиатор-окружающая среда, после чего останется выбрать радиатор, с которым температура транзистора будет хотя бы немного ниже максимально допустимой.

Важнейшим параметром при подборе и расчете радиатора является тепловое сопротивление. Оно равно отношению величины перепада температур на поверхности теплового контакта в градусах к передаваемой мощности.

Когда тепло передается посредством процесса теплопроводности, то тепловое сопротивление остается величиной постоянной, которая не зависит от температуры, а зависит лишь от качества теплового контакта.

Если переходов (тепловых контактов) несколько, то тепловое сопротивление перехода, состоящего из нескольких последовательных соединений, окажется равно сумме тепловых сопротивлений этих соединений.

Так, если транзистор будет смонтирован на радиатор, то общее тепловое сопротивление при теплопередаче будет равно сумме тепловых сопротивлений: кристалл-корпус, корпус-радиатор, радиатор-окружающая среда. Соответственно температура кристалла находится в этом случае по формуле:

Для примера рассмотрим случай, когда нам необходимо подобрать радиатор для двух транзисторов FGA25N120ANTD, которые будут работать в схеме двухтактного преобразователя (push-pull), причем на каждом транзисторе будет рассеиваться по 15 ватт тепловой мощности, которую необходимо передать в окружающую среду, то есть от кристаллов транзисторов через радиатор — воздуху.

Поскольку транзисторов два, то сначала найдем радиатор для одного транзистора, после чего просто возьмем радиатор с вдвое большей площадью теплообмена, с вдвое меньшим тепловым сопротивлением (будем использовать изолирующие прокладки).

Пусть наше устройство будет работать при температуре окружающей среды в 45°C. Пусть температура кристалла удерживается не выше 125°C. В даташите видим, что для встроенного диода тепловое сопротивление кристалл-корпус больше теплового сопротивления кристалл-корпус непосредственно IGBT, и оно равно 2 °C/Вт. Это значение и будем брать в расчет в качестве теплового сопротивления кристалл-корпус.

Тепловое сопротивление силиконовой изолирующей прокладки составляет порядка 0,5 °C/Вт — это и будет тепловое сопротивление корпус-радиатор. Теперь, зная рассеиваемую мощность, максимальную температуру кристалла, максимальную температуру окружающей среды, тепловое сопротивление кристалл-корпус и тепловое сопротивление корпус-радиатор, найдем необходимое тепловое сопротивление радиатор-окружающая среда.

Итак, нам необходимо подобрать такой радиатор, чтобы тепловое сопротивление радиатор-окружающая среда получилось в данных условиях 2,833 °C/Вт или меньше. И до какой температуры в этом случае перегреется радиатор по сравнению с окружающей средой?

Возьмем найденное тепловое сопротивление на границе радиатор-окружающая среда, и умножим на рассеиваемую мощность, для нашего примера 15 Вт. Перегрев составит около 43 °C, то есть температура радиатора будет около 88 °C. Поскольку транзисторов в нашей схеме будет два, то и мощности рассеять нужно будет вдвое больше, значит необходим радиатор с тепловым сопротивлением вдвое меньшим, то есть 1,4 °C/Вт или меньше.

Если у вас нет возможности подобрать радиатор именно с найденным тепловым сопротивлением, то можно воспользоваться старым добрым эмпирическим методом — обратиться к графику из справочника. Зная разность температур окружающая среда — радиатор (для нашего примера 43 °C), зная рассеиваемую мощность (для нашего примера для двух транзисторов — два по 15 Вт), находим необходимую площадь радиатора, то есть общую площадь контакта радиатора с окружающим воздухом (для нашего примера — два по 400 кв. см).

Смотрите также по этой теме: Дюйм*градус/ватт — что это за такой параметр радиатора?

Андрей Повный

Простой расчет площади теплоотвода для мощных транзисторов и тиристоров

Существует грубая формула для расчета теплового сопротивления теплоотвода Q = 50/ √S °С/Вт. (1)

S = 2. ( 2 )

Рассмотрим в качестве примера расчет теплового сопротивления конструкции, показанной на рисунке. Конструкция теплоотвода состоит из 5 алюминиевых пластин, собранных в пакет. Предположим, W=20 см, D=10 см, а высота (на рисунке не показана) 12 см. каждый «выступ» имеет площадь 10×12 = 120 см2, а с учетом обеих сторон 240 см2. Десять «выступов’» имеют площадь 2400 см2, а пластина две стороны х 20 х 12 = 480 см2. Итого получаем S=2880 см2. По формуле (1) рассчитываем Q=0,93°С/Вт. При допустимом нагреве на 80°С получаем мощность рассеяния 80/0,93 = 90 Вт.

Расчет площади теплоотвода транзистора

– На кой хрен козе баян? Она и так весёлая . – живо интересовались удмуртские радиолюбители, разглядывая диковинный теплоотвод, установленный на лампу выходного каскада.
– Только для игры на баяне, козе баян и нужен, на какой же ещё? – гордо отвечал владелец теплоотвода, весьма довольный произведённым на коллег впечатлением.

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. Л., за что ему большое человеческое спасибо.

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. Значение этой величины в основном зависит от типа корпуса и у современных транзисторов составляет величину 0,4-1,5 (°С/Вт) или (К/Вт).
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 0.2-1.5 (°С/Вт), в зависимости от толщины прокладки.
Т2 – максимальная температура кристалла транзистора, обозначается Tjmax и составляет для мощных транзисторов величину 120-175°С.
Т1 – максимально допустимая температура внутри корпуса, в котором находится радиатор, либо максимальная температура окружающей среды, если рёбра радиатора выведены наружу.

ИТАК, РИСУЕМ ТАБЛИЧКУ ДЛЯ РАЧЁТА ПЛОЩАДИ РАДИАТОРА

– Максимальную температуру кристалла Т2 по возможности указываем на 20-30% ниже значения Tjmax, приведённого в справочнике на полупроводник. Я бы рекомендовал подобрать это значение, исходя из температуры радиатора 60-70 градусов.
– Значение теплового сопротивления кристалл-корпус Q1 R_thJC не гадая берём из справочника. Если совсем лень – ставим 1.
– Графу теплового сопротивления корпус-радиатор Q2 можно оставить без внимания, если транзистор сидит на радиаторе без всяких прокладок, либо используются современные тонкие подложки, сдобренные специальными пастами. Если это не так, ищем в справочнике параметр теплового сопротивления, на используемый вид подложки, и заносим его в таблицу.
– Так же оставляем в покое графу “скорость воздушного потока от вентилятора”, если оный не предусмотрен нашей конструкцией. А если предусмотрен, надо озадачиться выяснением этой самой величины скорости воздушного потока, омывающего наш теплоотвод.
Как? А приведу-ка я на следующей странице кусок главы из электротехнического справочника уважаемого автора Корякина-Черняка С. Л., посвящённый расчёту радиаторов, там кобыла и отыщется. Как правило, значение этой величины находится в пределах 1-5 м/сек.

С этим всё, дальше кусок из умного справочника.

На предыдущей странице ссылка на страницу был приведён калькулятор для расчёта площадей радиаторов для транзисторов, микросхем и прочих полупроводников. Большая часть необходимой информации была почерпнута из методики, основанной на рекомендациях по выбору алюминиевых радиаторов фирмы Aavid Thermalloy, являющейся бесспорным лидером в производстве стандартных радиаторов для воздушного и жидкостного охлаждения.
А познакомиться с этой информацией можно благодаря электротехническому справочнику уважаемого автора, главу из которого я и приведу на этой странице. Для специалистов, проектирующих силовую электронику – “очень своевременная книга” (В. И. Ленин).

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК Автор: Корякин-Черняк С.Л.

18.4.4. Как рассчитать радиатор?

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.

Следовательно, надежность работы полупроводниковых приборов во многом определяется эффективностью их охлаждения. 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:
– естественную вентиляцию;
– принудительную вентиляцию.

В случае естественной вентиляции перемещение теплоносителя осуществляется за счет тяги, возникающей возле нагретого радиатора. В случае принудительной вентиляции перемещение теплоносителя осуществляется с помощью вентилятора. Во втором случае можно получить большие скорости потока и, соответственно, лучшие условия охлаждения.

Тепловые расчеты можно сильно упростить, если использовать тепловую модель охлаждения (рис. 18.26) Здесь разница между температурой кристалла T_J и температурой среды Т_A вызывает тепловой поток, движущийся от кристалла к окружающей среде, через тепловые сопротивления R_JC (кристалл – корпус), R_CS (корпус – радиатор) и R_SA (радиатор – окружающая среда).

Рис 18.26. Тепловая модель охлаждения

Тепловое сопротивление имеет размерность °С/Вт. Суммарное максимальное тепловое сопротивление R_JA на участке кристалл – окружающая среда можно найти по формуле:

где Р_ПП – мощность, рассеиваемая на кристалле полупроводникового прибора, Вт.

Тепловое сопротивление R_JC и R_CS указывается в справочных данных на полупроводниковые приборы. Например, согласно справочным данным, на транзистор IRFP250N, его тепловое сопротивление на участке кристалл- радиатор равно R_JC + R_CS = 0,7 + 0,24 = 0,94 °С/ Вт.

Это означает, что если на кристалле выделяется мощность 10 Вт, то его температура будет на 9,4 °С больше температуры радиатора.
Тепловое сопротивление радиатора можно найти по формуле:

Предлагаемая ниже методика основана на рекомендациях по выбору алюминиевых радиаторов серии Max Clip System™ фирмы “AAVID THERMALLOY”.

На рис. 18.27 приводятся графические зависимости между периметром сечения алюминиевого радиатора и его тепловым сопротивлением для естественного (красная линия) и принудительного (синяя линия) охлаждения воздушным потоком.

По умолчанию считается, что:
– радиатор имеет длину 150 мм;
– разница между температурой радиатора TS и температурой окружающей среды Та равна

– скорость потока принудительного охлаждения равна 2 м/с.

Если условия охлаждения отличаются от принятых по умолчанию, то необходимую поправку можно внести, воспользовавшись графиками на рис. 18.28 – рис. 18.30.

Рис. 18.27. Зависимости между сечением алюминиевого радиатора и его тепловым сопротивлением

Рис. 18.28. Поправочный коэффициент на разницу температуры радиатора и окружающей среды

Рис. 18.29. Поправочный коэффициент на скорость воздушного потока

Рис. 18.30. Поправочный коэффициент на длину радиатора

Для примера рассчитаем радиатор, обеспечивающий охлаждение транзистора ЭРСТ, состоящего из 20-ти транзисторов типа IRFP250N. Расчет радиатора можно вести для одного транзистора, а затем полученный размер увеличить в 20 раз.

Так как на ключевом транзисторе рассеивается суммарная мощность 528 Вт, то на каждом транзисторе IRFP250N рассеивается мощность 528/20 = 26,4 Вт. Радиатор должен обеспечивать максимальную температуру кристалла транзистора не более +110 °С при максимальной температуре окружающей среды +40 °С.

Найдем тепловое сопротивление RJA для одного транзистора IRFP250N:

Теперь найдем тепловое сопротивление радиатора:

Зная максимальную температуру кристалла и тепловое сопротивление на участке кристалл-радиатор, определим максимальную температуру радиатора:

По графику (рис. 18.28) определим поправочный коэффициент Кт на разницу температуры радиатора и окружающей среды:

Для охлаждения радиатора используется вентилятор типа 1,25ЭВ-2,8-6-3270У4, имеющий производительность 280 м3/ч. Чтобы вычислить скорость потока, нужно разделить производительность на сечение воздуховода, продуваемого вентилятором.

Если воздуховод имеет площадь поперечного сечения:

то скорость воздушного потока будет равна:

По графику (рис. 18.29) определим поправочный коэффициент Kv на реальную скорость воздушного потока:

Допустим, что в нашем распоряжении имеется большое количество готовых радиаторов, имеющих периметр сечения 1050 мм и длину 80 мм. По графику (рис. 18.30) определим поправочный коэффициент K_L на длину радиатора:

Чтобы найти общую поправку, перемножим все поправочные коэффициенты:

С учетом поправок, радиатор должен обеспечивать тепловое сопротивление:

С помощью графика (рис. 18.27) найдем, что для одного транзистора требуется радиатор с периметром сечения 200 мм. Для группы из 20-ти транзисторов IRFP250N радиатор должен иметь периметр сечения не менее 4000 мм. Так как имеющиеся в распоряжении радиаторы имеют периметр 1050 мм, то придется объединить 4 радиатора.

На диоде ЭРСТ рассеивается меньшая мощность, но из конструктивных соображений для него можно использовать аналогичный радиатор.

Зачастую производители охладителей указывают площадь поверхности радиатора, а не периметр и длину.

Чтобы из предлагаемой методики получить площадь радиатора, достаточно умножить длину радиатора на его периметр SP = 400 • 8 = 3200 см2.

Но лучше воспользоваться специальной программой.

Эта формула непререкаема и не должна вызывать никаких сомнений.

ИТАК, РИСУЕМ ТАБЛИЧКУ ДЛЯ РАЧЁТА ПЛОЩАДИ РАДИАТОРА

С этим всё, дальше кусок из умного справочника.

Радиаторы для полупроводниковых приборов

макетная плата изготовление корпуса изготовление печатной платы теплоотводы радиолюбительская химия

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. 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 60-80 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 П210) 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.

На приведенных рисунках показаны четыре разновидности теплоотводов.

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-1000 выделяет, в зависимости от загрузки 30-70 ватт тепловой энергии). Недостаток таких теплоотводов – повышенный шум при эксплуатации и ограниченный срок работы (механический износ вентилятора).

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.

Полупроводниковый прибор крепится на теплоотвод при помощи специальных фланцев. 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 1000 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 П214 равно 4 градуса Цельсия на ватт. Это означает, что в случае рассеивания на переходе мощности в 10 ватт, переход будет “теплее” корпуса на 4*10=40 градусов! Если учесть при этом тот факт, что максимальная температура перехода равна 85 градусам, то станет ясно, что температура корпуса при указанной мощности не должна превышать 85-40= 45 градусов Цельсия. 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.

Рекомендуемые площади радиаторов для некоторых диодов приведены в таблице:

Обозначение диода	Макс ток	Макс. темпер. окр. среды	Площадь радиатора
Д302	1А	50 ГРАД	50 КВ СМ
Д303	2,5А	50ГРАД	50 КВ СМ
Д304	5 А	50ГРАД	90 КВ СМ
Д305	6,5 А	50ГРАД	300 КВ СМ
Д202-Д205	0,4 А	85 ГРАД	40 КВ СМ
КД202А,КД202В	1 А	85 ГРАД	БЕЗ РАДИАТОРА
КД202Д,КД202Ж	2 А	60 ГРАД	10 КВ СМ
КД202К,КД202М	2 А	85 ГРАД	15 КВ СМ
КД202Р	2 А 3 А 3 А 3 А	100 ГРАД 60 ГРАД 85 ГРАД 100 ГРАД	25 КВ СМ 25 КВ СМ 60 КВ СМ 140 КВ СМ
КД202Б,КД202Г	2 А	60 ГРАД	25 КВ СМ
КД202Е,КД202И	2 А	60 ГРАД	25 КВ СМ
КД202Л,КД202Н	2 А 2 А 3 А	85 ГРАД 100 ГРАД 60 ГРАД	50 КВ СМ 150 КВ СМ 120 КВ СМ
Д242-Д248Б	2 А 10 А	100 ГРАД 100 ГРАД	60 КВ СМ 200 КВ СМ

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 (280 Кбайт).

В журнале “Радиоаматор-Конструктор” была опубликована статья неизвестного автора по методике упрощенного расчета радиаторов. Просмотреть статью можно здесь.

Литература по теме: Ю.Ф.Скрипников “Радиаторы для полупроводниковых приборов” (около 2 мегабайт) можно скачать здесь.

Как рассчитать радиатор для транзистора

Все силовые ключи выпускаются в таких корпусах, которые можно легко установить на внешний теплоотвод – радиатор. При этом в большинстве случаев металлическая поверхность ключа или другого устройства в выводном корпусе, электрически соединена с одним из выводов данного устройства, например с коллектором или со стоком транзистора.

Искусственный интеллект нашего сайта решил, что эти статьи вам будут особенно полезны:

Онлайн расчёт площади радиаторов для транзисторов и микросхем.

Но лучше воспользоваться специальной программой.

Эта формула непререкаема и не должна вызывать никаких сомнений.

ИТАК, РИСУЕМ ТАБЛИЧКУ ДЛЯ РАЧЁТА ПЛОЩАДИ РАДИАТОРА

С этим всё, дальше кусок из умного справочника.

Расчет теплоотвода (радиатора охлаждения) силового элемента (транзистора, диода, тиристора, стабилитрона)

Как рассчитать систему отвода тепла от силового элемента электронной схемы (10+)

Расчет теплоотвода силового элемента

Чтобы рассчитать отвод тепла от силового элемента, используется понятие теплового сопротивления. По определению:

[Тепловое сопротивление, грЦ / Вт] = ([Температура в горячей точке, грЦ] – [Температура в холодной точке, грЦ]) / [Рассеиваемая мощность, Вт]

Это означает, что если от горячей точки к холодной поступает тепловая мощность X Вт, а тепловое сопротивление составляет Y грЦ / Вт, то разница температур составить X * Y грЦ.

Вашему вниманию подборка материалов:

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Формула для расчета охлаждения силового элемента

Для случая расчета теплоотвода электронного силового элемента то же самое можно сформулировать так:

[Температура кристалла силового элемента, грЦ] = [Температура окружающей среду, грЦ] + [Рассеиваемая мощность, Вт] * [Полное тепловое сопротивление, грЦ / Вт]

где [Полное тепловое сопротивление, грЦ / Вт] = [Тепловое сопротивление между кристаллом и корпусом, грЦ / Вт] + [Тепловое сопротивление между корпусом и радиатором, грЦ / Вт] + [Тепловое сопротивление между радиатором и окружающей средой, грЦ / Вт] (для случая с радиатором),

или [Полное тепловое сопротивление, грЦ / Вт] = [Тепловое сопротивление между кристаллом и корпусом, грЦ / Вт] + [Тепловое сопротивление между корпусом и окружающей средой, грЦ / Вт] (для случая без радиатора).

В результате расчета мы должны получить такую температуру кристалла, чтобы она была меньше максимально допустимой, указанной в справочнике.

Где взять данные для расчета?

Тепловое сопротивление между кристаллом и корпусом для силовых элементов обычно приводится в справочнике. И обозначается так:

Пусть Вас не смущает, что в справочнике написаны единицы измерения K/W или К/Вт. Это означает, что данная величина приведена в Кельвинах на Ватт, в грЦ на Вт она будет точно такой же, то есть X К/Вт = X грЦ/Вт.

Обычно в справочниках приведено максимально возможное значение этой величины с учетом технологического разброса. Она нам и нужно, так как мы должны проводить расчет для худшего случая. Для примера максимально возможное тепловое сопротивление между кристаллом и корпусом силового полевого транзистора SPW11N80C3 равно 0.8 грЦ/Вт,

Тепловое сопротивление между корпусом и радиатором зависит от типа корпуса. Типичные максимальные значения приведены в таблице:

TO-3	1.56
TO-3P	1.00
TO-218	1.00
TO-218FP	3.20
TO-220	4.10
TO-225	10.00
TO-247	1.00
DPACK	8.33

Изоляционная прокладка. По нашему опыту правильно выбранная и установленная изолирующая прокладка увеличивает тепловое сопротивление в два раза.

Тепловое сопротивление между корпусом / радиатором и окружающей средой. Это тепловое сопротивление с точностью, приемлемой для большинства устройств, рассчитать довольно просто.

[Тепловое сопротивление, грЦ / Вт] = [120, (грЦ * кв. см) / Вт ] / [Площадь радиатора или металлической части корпуса элемента, кв. см].

Такой расчет подходит для условий, когда элементы и радиаторы установлены без создания специальных условий для естественного (конвекционного) или искусственного обдува. Сам коэффициент выбран из нашего практического опыта.

Спецификация большинства радиаторов содержит тепловое сопротивление между радиатором и окружающей средой. Так что в расчете надо пользоваться именно этой величиной. Рассчитывать эту величину следует только в случае, если табличных данных по радиатору найти не удается. Мы часто для сборки отладочных образцов используем б/у радиаторы, так что эта формула нам очень помогает.

Для случая, когда отвод тепла осуществляется через контакты печатной платы, площадь контакта также можно использовать в расчете.

Для случая, когда отвод тепла через выводы электронного элемента (типично диодов и стабилитронов относительно малой мощности), площадь выводов вычисляется, исходя из диаметра и длины вывода.

[Площадь выводов, кв. см.] = Пи * ([Длина правого вывода, см.] * [Диаметр правого вывода, см.] + [Длина левого вывода, см.] * [Диаметр левого вывода, см.])

Пример расчета отвода тепла от стабилитрона без радиатора

Пусть стабилитрон имеет два вывода диаметром 1 мм и длиной 1 см. Пусть он рассеивает 0.5 Вт. Тогда:

Площадь выводов составит около 0.6 кв. см.

Тепловое сопротивление между корпусом (выводами) и окружающей средой составит 120 / 0.6 = 200.

Тепловым сопротивлением между кристаллом и корпусом (выводами) в данном случае можно пренебречь, так как оно много меньше 200.

Примем, что максимальная температура, при которой будет эксплуатироваться устройство, составит 40 грЦ. Тогда температура кристалла = 40 + 200 * 0.5 = 140 грЦ, что допустимо для большинства стабилитронов.

Онлайн расчет теплоотвода – радиатора

Обратите внимание, что у пластинчатых радиаторов нужно считать площадь обеих сторон пластины. Для дорожек печатной платы, используемых для отвода тепла, нужно брать только одну сторону, так как другая не контактирует с окружающей средой. Для игольчатых радиаторов необходимо приблизительно оценить площадь одной иголки и умножить эту площадь на количество иголок.

Онлайн расчет отвода тепла без радиатора

Несколько элементов на одном радиаторе.

Если на одном теплоотводе установлено несколько элементов, то расчет выглядит так. Сначала рассчитываем температуру радиатора по формуле:

[Температура радиатора, грЦ] = [Температура окружающей среды, грЦ] + [Тепловое сопротивление между радиатором и окружающей средой, грЦ / Вт] * [Суммарная мощность, Вт]

Далее рассчитываем для каждого элемента.

[Температура кристалла, грЦ] = [Температура радиатора, грЦ] + ([Тепловое сопротивление между кристаллом и корпусом элемента, грЦ / Вт] + [Тепловое сопротивление между корпусом элемента и радиатором, грЦ / Вт]) * [Мощность, рассеиваемая элементом, Вт]

Проверяем, что температура кристалла на превышает максимально допустимую.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Практика проектирования электронных схем. Самоучитель электроники.
Искусство разработки устройств. Элементная база радиоэлектроники. Типовые схемы.

Инвертор, преобразователь, чистая синусоида, синус.
Как получить чистую синусоиду 220 вольт от автомобильного аккумулятора, чтобы за.

Перемножение сигналов. Умножение, деление напряжения. Перемножить, раз.
Схемы для перемножения сигналов, деления друг на друга, извлечения корня, возвед.

Искровой запал, трансформатор розжига, поджига. Запальный блок. Источн.
Как сделать запальный блок с питанием от 12 вольт. Схема, принцип действия, инст.

Как рассчитать радиатор для транзистора

Радиаторы и охлаждение.

Автор:
Опубликовано 01.01.1970

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.
Наши электронные конструкции тоже рассеивают немало тепла, одни – больше, другие – меньше. Греются стабилизаторы напряжения, греются усилители, греется транзистор, управляющий релюшкой или даже просто мелким светодиодом, разве что греется ну совсем немного. Ладно, если греется немного. Ну а если он жарится так, что руку держать нельзя? Давайте пожалеем его и попробуем как-нибудь ему помочь. Так сказать, облегчить его страдания.
Вспомним устройство батареи отопления. Да, да, та самая обычная батарея, что греет комнату зимой и на которой мы сушим носки и футболки . Чем больше батарея, тем больше тепла будет в комнате, так ведь? По батарее протекает горячая вода, она нагревает батарею. У батареи есть важная вещь – количество секций. Секции контактируют с воздухом, передают ему тепло. Так вот, чем больше секций, то есть чем больше занимаемая площадь батареи, тем больше тепла она может нам отдать. Приварив еще парочку секций, мы сможем сделать теплее нашу комнату. Правда, при этом горячая вода в батарее может остыть, и соседям ничего не останется .
Рассмотрим устройство транзистора.

На медном основании (фланце) 1 на подложке 2 закреплен кристалл 3. Он подключается к выводам 4. Вся конструкция залита пластмассовым компаундом 5. У фланца есть отверстие 6 для установки на радиатор.
Вот это по сути та же самая батарея, посмотрите! Кристалл греется, это как горячая вода. Медный фланец контактирует с воздухом, это секции батареи. Площадь контакта фланца и воздуха – это место нагревания воздуха. Нагревающийся воздух охлаждает кристалл.

Как сделать кристалл холоднее? Устройство транзистора мы изменить не можем, это понятно. Создатели транзистора об этом тоже подумали и для нас, мучеников, оставили единственную дорожку к кристаллу – фланец. Фланец – это как одна-единственная секция у батареи – жарить жарит, а тепла воздуху не передается – маленькая площадь контакта. Вот тут предоставляется простор нашим действиям! Мы можем нарастить фланец, припаять к нему еще “парочку секций”, то бишь большую медную пластинку, благо фланец сам медный, или же закрепить фланец на металлической болванке, называемой радиатором. Благо отверстие во фланце приготовлено под болт с гайкой.

Что же такое радиатор? Я твержу уже третий абзац про него, а толком так ничего и не рассказал! Ладно, смотрим:

Как видим, конструкция радиаторов может быть различной, это и пластинки, и ребра, а еще бывают игольчатые радиаторы и разные другие, достаточно зайти в магазин радиодеталей и пробежаться по полке с радиаторами . Радиаторы чаще всего делают из алюминия и его сплавов (силумин и другие). Медные радиаторы лучше, но дороже. Стальные и железные радиаторы применяются только на очень небольшой мощности, 1-5Вт, так как они медленно рассеивают тепло.
Тепло, выделяемое в кристалле, определяется по очень простой формуле P=U*I, где P – выделяемая в кристалле мощность, Вт, U = напряжение на кристалле, В, I – сила тока через кристалл, А. Это тепло проходит через подложку на фланец, где передается радиатору. Далее нагретый радиатор контактирует с воздухом и тепло передается ему, как следующему участнику нашей системы охлаждения.

Посмотрим на полную схему охлаждения транзистора.

У нас появились две штуки – это радиатор 8 и прокладка между радиатором и транзистором 7. Её может и не быть, что и плохо, и хорошо одновременно. Давайте разбираться.

Расскажу о двух важных параметрах – это тепловые сопротивления между кристаллом (или переходом, как его еще называют) и корпусом транзистора – Rпк и между корпусом транзистора и радиатором – Rкр. Первый параметр показывает, насколько хорошо тепло передается от кристалла к фланцу транзистора. Для примера, Rпк, равное 1,5градуса Цельсия на ватт, объясняет, что с увеличением мощности на 1Вт разница температур между фланцем и радиатором будет 1,5градуса. Иными словами, фланец всегда будет холоднее кристалла, а насколько – показывает этот параметр. Чем он меньше, тем лучше тепло передается фланцу. Если мы рассеиваем 10Вт мощности, то фланец будет холоднее кристалла на 1,5*10=15градусов, а если же 100Вт – то на все 150! А поскольку максимальная температура кристалла ограничена (не может же он жариться до белого каления!), фланец надо охлаждать. На эти же 150 градусов .

К примеру:
Транзистор рассеивает 25Вт мощности. Его Rпк равно 1,3градуса на ватт. Максимальная температура кристалла 140градусов. Значит, между фланцем и кристаллом будет разница в 1,3*25=32,5градуса. А поскольку кристалл недопустимо нагревать выше 140градусов, от нас требуется поддерживать температуру фланца не горячее, чем 140-32,5=107,5градусов. Вот так.
А параметр Rкр показывает то же самое, только потери получаются на той самой пресловутой прокладке 7. У нее значение Rкр может быть намного больше, чем Rпк, поэтому, если мы конструируем мощный агрегат, нежелательно ставить транзисторы на прокладки. Но всё же иногда приходится. Единственная причина использовать прокладку – если нужно изолировать радиатор от транзистора, ведь фланец электрически соединен со средним выводом корпуса транзистора.

Вот давайте рассмотрим еще один пример.
Транзистор жарится на 100Вт. Как обычно, температура кристалла – не более 150градусов. Rпк у него 1градус на ватт, да еще и на прокладке стоит, у которой Rкр 2градуса на ватт. Разница температур между кристаллом и радиатором будет 100*(1+2)=300градусов. Радиатор нужно держать не горячее, чем 150-300 = минус 150 градусов: Да, дорогие мои, это тот самый случай, который спасет только жидкий азот: ужос!
Намного легче живется на радиаторе транзисторам и микросхемам без прокладок. Если их нет, а фланцы чистенькие и гладкие, и радиатор сверкает блеском, да еще и положена теплопроводящая паста, то параметр Rкр настолько мал, что его просто не учитывают.

Разобрались? Поехали дальше!

Охлаждение бывает двух типов – конвекционное и принудительное. Конвекция, если помним школьную физику, это самостоятельное распространение тепла. Так же и конвекционное охлаждение – мы установили радиатор, а он сам там как-нибудь с воздухом разберется. Радиаторы конвекционного типа устанавливаются чаще всего снаружи приборов, как в усилителях, видели? По бокам две металлические пластинчатые штуковины. Изнутри к ним привинчиваются транзисторы. Такие радиаторы нельзя накрывать, закрывать доступ воздуха, иначе радиатору некуда будет девать тепло, он перегреется сам и откажется принимать тепло у транзистора, который долго думать не будет, перегреется тоже и: сами понимаете что будет. Принудительное охлаждение – это когда мы заставляем воздух активнее обдувать радиатор, пробираться по его ребрам, иглам и отверстиям. Тут мы используем вентиляторы, различные каналы воздушного охлаждения и другие способы. Да, кстати, вместо воздуха запросто может быть и вода, и масло, и даже жидкий азот . Мощные генераторные радиолампы частенько охлаждаются проточной водой.
Как распознать радиатор – для конвекционного он или принудительного охлаждения? От этого зависит его эффективность, то есть насколько быстро он сможет остудить горячий кристалл, какой поток тепловой мощности он сможет через себя пропустить.
Смотрим фотографии.

Первый радиатор – для конвекционного охлаждения. Большое расстояние между ребрами обеспечивает свободный поток воздуха и хорошую теплоотдачу. На второй радиатор сверху одевается вентилятор и продувает воздух сквозь ребра. Это принудительное охлаждение. Разумеется, использовать везде можно и те, и те радиаторы, но весь вопрос – в их эффективности.
У радиаторов есть 2 параметра – это его площадь (в квадратных сантиметрах) и коэффициент теплового сопротивления радиатор-среда Rрс (в Ваттах на градус Цельсия). Площадь считается как сумма площадей всех его элементов: площадь основания с обеих сторон + площадь пластин с обеих сторон. Площадь торцов основания не учитывается, так там квадратных сантиметров ну совсем немного будет .

Пример:
радиатор из примера выше для конвекционного охлаждения.
Размеры основания: 70х80мм
Размер ребра: 30х80мм
Кол-во ребер: 8
Площадь основания: 2х7х8=112кв.см
Площадь ребра: 2х3х8=48кв.см.
Общая площадь: 112+8х48=496кв.см.

Коэффициент теплового сопротивления радиатор-среда Rрс показывает, на сколько увеличится температура выходящего с радиатора воздуха при увеличении мощности на 1Вт. Для примера, Rрс, равное 0,5 градуса Цельсия на Ватт, говорит нам, что температура увеличится на полградуса при нагреве на 1Вт. Этот параметр считается трехэтажными формулами и нашим кошачьим умам ну никак не под силу: Rрс, как и любое тепловое сопротивление в нашей системе, чем меньше, тем лучше. А уменьшить его можно по-разному – для этого радиаторы чернят химическим путем (например алюминий хорошо затемняется в хлорном железе – не экспериментируйте дома, выделяется хлор!), еще есть эффект ориентировать радиатор в воздухе для лучшего прохождения его вдоль пластин (вертикальный радиатор лучше охлаждается, чем лежачий). Не рекомендуется красить радиатор краской: краска – лишнее тепловое сопротивление. Если только слегка, чтобы темненько было, но не толстым слоем!

В приложении есть маленький программчик, в котором можно посчитать примерную площадь радиатора для какой-нибудь микросхемы или транзистора. С помощью него давайте рассчитаем радиатор для какого-нибудь блока питания.
Схема блока питания.

Блок питания выдает на выходе 12Вольт при токе 1А. Такой же ток протекает через транзистор. На входе транзистора 18Вольт, на выходе 12Вольт, значит, на нем падает напряжение 18-12=6Вольт. С кристалла транзистора рассеивается мощность 6В*1А=6Вт. Максимальная температура кристалла у 2SC2335 150градусов. Давайте не будем эксплуатировать его на предельных режимах, выберем температуру поменьше, для примера, 120градусов. Тепловое сопротивление переход-корпус Rпк у этого транзистора 1,5градуса Цельсия на ватт.
Поскольку фланец транзистора соединен с коллектором, давайте обеспечим электрическую изоляцию радиатора. Для этого между транзистором и радиатором положим изолирующую прокладку из теплопроводящей резины. Тепловое сопротивление прокладки 2градуса Цельсия на ватт.
Для хорошего теплового контакта капнем немного силиконового масла ПМС-200. Это густое масло с максимальной температурой +180градусов, оно заполнит воздушные промежутки, которые обязательно образуются из-за неровности фланца и радиатора и улучшит передачу тепла. Многие используют пасту КПТ-8, но и многие считают её не самым лучшим проводником тепла.
Радиатор выведем на заднюю стенку блока питания, где он будет охлаждаться комнатным воздухом +25градусов.
Все эти значения подставим в программку и посчитаем площадь радиатора. Полученная площадь 113кв.см – это площадь радиатора, рассчитанная на длительную работу блока питания в режиме полной мощности – дольше 10часов. Если нам не нужно столько времени гонять блок питания, можно обойтись радиатором поменьше, но помассивнее. А если мы установим радиатор внутри блока питания, то отпадает необходимость в изолирующей прокладке, без нее радиатор можно уменьшить до 100кв.см.
А вообще, дорогие мои, запас карман не тянет, все согласны? Давайте думать о запасе, чтобы он был и в площади радиатора, и в предельных температурах транзисторов. Ведь ремонтировать аппараты и менять пережаренные транзисторы придется не кому-нибудь, а вам самим! Помните об этом!
Удачи.

Как рассчитать радиатор для транзистора

Бесплатная техническая библиотека:
▪ Все статьи А-Я
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
▪ Новости науки и техники
▪ Журналы, книги, сборники
▪ Архив статей и поиск
▪ Схемы, сервис-мануалы
▪ Электронные справочники
▪ Инструкции по эксплуатации
▪ Голосования
▪ Ваши истории из жизни
▪ На досуге
▪ Случайные статьи
▪ Отзывы о сайте

Справочник:
▪ Большая энциклопедия для детей и взрослых
▪ Биографии великих ученых
▪ Важнейшие научные открытия
▪ Детская научная лаборатория
▪ Должностные инструкции
▪ Домашняя мастерская
▪ Жизнь замечательных физиков
▪ Заводские технологии на дому
▪ Загадки, ребусы, вопросы с подвохом
▪ Инструменты и механизмы для сельского хозяйства
▪ Искусство аудио
▪ Искусство видео
▪ История техники, технологии, предметов вокруг нас
▪ И тут появился изобретатель (ТРИЗ)
▪ Конспекты лекций, шпаргалки
▪ Крылатые слова, фразеологизмы
▪ Личный транспорт: наземный, водный, воздушный
▪ Любителям путешествовать – советы туристу
▪ Моделирование
▪ Нормативная документация по охране труда
▪ Опыты по физике
▪ Опыты по химии
▪ Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД)
▪ Основы первой медицинской помощи (ОПМП)
▪ Охрана труда
▪ Радиоэлектроника и электротехника
▪ Строителю, домашнему мастеру
▪ Типовые инструкции по охране труда (ТОИ)
▪ Чудеса природы
▪ Шпионские штучки
▪ Электрик в доме
▪ Эффектные фокусы и их разгадки

Техническая документация:
▪ Схемы и сервис-мануалы
▪ Книги, журналы, сборники
▪ Справочники
▪ Параметры радиодеталей
▪ Прошивки
▪ Инструкции по эксплуатации
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатный архив статей
(150000 статей в Архиве)

Алфавитный указатель статей в книгах и журналах

Бонусы:
▪ Ваши истории
▪ Загадки для взрослых и детей
▪ Знаете ли Вы, что.
▪ Зрительные иллюзии
▪ Веселые задачки
▪ Каталог Вивасан
▪ Палиндромы
▪ Сборка кубика Рубика
▪ Форумы
▪ Карта сайта

Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов

Техническое обеспечение:
Михаил Булах

Программирование:
Данил Мончукин

Маркетинг:
Татьяна Анастасьева

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на http://www.diagram.com.ua

сделано в Украине

Электросварка. Как рассчитать радиатор

Следовательно, надежность работы полупроводниковых приборов во многом определяется эффективностью их охлаждения. Наиболее эффективным является конвективный механизм охлаждения, при котором тепло уносит поток газообразного или жидкого теплоносителя, омывающего охлаждаемую поверхность.

естественную вентиляцию;
принудительную вентиляцию.

Рис 18.26. Тепловая модель охлаждения

Тепловое сопротивление имеет размерность °С/Вт. Суммарное максимальное тепловое сопротивление R_JA на участке кристалл – окружающая среда можно найти по формуле:

где Р_ПП – мощность, рассеиваемая на кристалле полупроводникового прибора, Вт.

Это означает, что если на кристалле выделяется мощность 10 Вт, то его температура будет на 9,4 °С больше температуры радиатора.

Тепловое сопротивление радиатора можно найти по формуле:

Предлагаемая ниже методика основана на рекомендациях по выбору алюминиевых радиаторов серии Max Clip System™ фирмы “AAVID THERMALLOY”.

радиатор имеет длину 150 мм;
разница между температурой радиатора T_S и температурой окружающей среды Т_а равна ;
скорость потока принудительного охлаждения равна 2 м/с.

Если условия охлаждения отличаются от принятых по умолчанию, то необходимую поправку можно внести, воспользовавшись графиками на рис. 18.28 – рис. 18.30.

Рис. 18.27. Зависимости между сечением алюминиевого радиатора и его тепловым сопротивлением

Рис. 18.28. Поправочный коэффициент на разницу температуры радиатора и окружающей среды

Рис. 18.29. Поправочный коэффициент на скорость воздушного потока

Рис. 18.30. Поправочный коэффициент на длину радиатора

Найдем тепловое сопротивление R_JA для одного транзистора IRFP250N:

Теперь найдем тепловое сопротивление радиатора:

Зная максимальную температуру кристалла и тепловое сопротивление на участке кристалл-радиатор, определим максимальную температуру радиатора:

По графику (рис. 18.28) определим поправочный коэффициент Кт на разницу температуры радиатора и окружающей среды:

Для охлаждения радиатора используется вентилятор типа 1,25ЭВ-2,8-6-3270У4, имеющий производительность 280 м3/ч. Чтобы вычислить скорость потока, нужно разделить производительность на сечение воздуховода, продуваемого вентилятором.

Если воздуховод имеет площадь поперечного сечения:

то скорость воздушного потока будет равна:

По графику (рис. 18.29) определим поправочный коэффициент K_v на реальную скорость воздушного потока:

Допустим, что в нашем распоряжении имеется большое количество готовых радиаторов, имеющих периметр сечения 1050 мм и длину 80 мм. По графику (рис. 18.30) определим поправочный коэффициент K_L на длину радиатора:

Чтобы найти общую поправку, перемножим все поправочные коэффициенты:

С учетом поправок, радиатор должен обеспечивать тепловое сопротивление:

С помощью графика (рис. 18.27) найдем, что для одного транзистора требуется радиатор с периметром сечения 200 мм. Для группы из 20-ти транзисторов IRFP250N радиатор должен иметь периметр сечения не менее 4000 мм. Так как имеющиеся в распоряжении радиаторы имеют периметр 1050 мм, то придется объединить 4 радиатора.

Зачастую производители охладителей указывают площадь поверхности радиатора, а не периметр и длину.

Чтобы из предлагаемой методики получить площадь радиатора, достаточно умножить длину радиатора на его периметр S_P = 400 • 8 = 3200 см2.

Смотрите другие статьи раздела Сварочное оборудование.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

Комментарии к статье:

Гость
А что если тепловое сопротивление Rsa отрицательным получается?

Расчет тепловыделения MOSFET-а и подбор подходящего радиатора охлаждения

Часть 1: Расчет тепловыделения и радиатора при постоянном токе

Сначала простой случай, расчет радиатора по данным тепловыделения при постоянном токе.

Для примера рассмотрим расчет радиатора для MOSFET-а IRLR024N

В этом примере предполагается, что MOSFET включается и долгое время находится в полностью открытом состоянии. 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.дюйм медной заливки на плате), Junction-to-Ambient (корпус-окружающая среда).

RθJC = 3.3 К/Вт
RθJApcb= 50 К/Вт
RθJA = 110 К/Вт

(Кельвины и Цельсии не играет роли, так как речь о разницах).

Цифра 110 К/Вт означает, то при выделяемой мощности 1Вт разница температур между внешней средой и переходом будет 110 градусов. Например, если границе корпус-воздух будет 40 градусов, то это значит, что переход внутри транзистора имеет температуру 40+110=150 градусов. Если выделяется 2Вт, то внутри будет 40+110*2=260 градусов.

Предположим, что напряжение на затворе будет 3.3В. А ток будет 3А. Из графика «Typical Transfer Characteristics» находим, что при напряжении 3.5В ток составляет 8А. Т.е. сопротивление составляет 0,4375 Ом. При этом смотрим на график «Normalized On-Resistance Vs.2*R=3*3*0,6563=5,9067 = 6 Вт.

Предполагается, что транзистор будет работать в окружении, где температура воздуха будет до 30 градусов (что очень оптимистично, так как он греет воздух вокруг себя).

Итак, запас по температуре составляет 90-30=60 градусов. Получается что максимальное общее теплового сопротивления равно (90-30)/6Вт=10 К/Вт

При этом сопротивление переход-корпус уже съело 3.3 К/Вт. У нас остается 8.3 К/Вт.

Монтаж радиатора будет производится на силиконовый клей. Предположим, что наш клей – HC910. Проводимость его 1.7 Вт/м*К.

У нас площадь приклеивания будет 0.25д*0.24д=0.01м*0.009м=0,0000054 кв.м.

Толщина слоя нанесения 0.0001м (0.1 мм). Эта оценка подтверждена документацией на подобные клеи.

Тепловое сопротивление слоя клея равно = толщина/(площадь*проводимость)=0,53 К/Вт

Остается 7.77 К/Вт на сам радиатор. Выбираем в магазине каком-нибудь.

И это будет довольно крупный радиатор. Примерно 10х10х5 см за нормальные деньги.

Теперь решим вопрос, а какой допустимый ток, при котором можно обойтись без радиатора вообще.2*R => I=SQRT(P/R)

Получаем, что при припайке на площадку на плате максимальный ток будет Imax=корень(1.5/0.765625)=1.4A Без площадки Imax=корень(0,6/0,765625)=0,9A

Часть 2: Расчет тепловыделения MOSFET при ШИМ

Теперь рассчитаем рассеиваемую мощность в случае использования ШИМ. Пусть сигнал ШИМ на затвор поступаем напрямую с микроконтроллера. Максимальный ток 25мА. Во время ШИМ есть 4 фазы: открытие затвора, высокий уровень, закрытие затвора, низкий уровень. Выделение тепла идет во всех фазах, кроме низкого уровня. Во время высокого уровня мощность равна U*I, как обычно. Мощность в фазе открытия затвора зависит от времени открытия, которое зависит от емкости затвора и тока драйвера. Пусть в нашем примере частота пусть будет 240Гц. Коэф. заполнения: 0.5. Ток 3А. Пусть это будет управление светодиодами, транзистор включен со стороны общего провода. Напряжение питания 5В.

Рассчитать теоретически точно потери по всех фазах довольно сложная задача, так как параметры и результаты расчет зависят друг от друга и есть процессы происходящие в подложке. Но на практике такая точность и верность теории не требуется. Есть приблизительные оценки потерь в фазах открытия и закрытия, которые дают практические цифры, которые можно использоваться при вычислении тепловыделения. Для расчета эффективности (КПД) этот метод не годится.

Потери в фазе высокого уровня (фазе полного открытия) мы считали в первой части и там нет ничего сложного. Для закрытия и открытия оказывается важным вид нагрузки: резистивная или индуктивная.

Потери при переключении возникают из-за того, что в процессе переключения через транзистор проходит большой ток при большом напряжении. Можно взять идеализированную форму этого процесса и рассчитать потери с приемлемой точностью для практического расчета тепловыделения.

Для резистивной нагрузки
Psw=1/2 * Fs *Vds*Id*tsw

Для индуктивной
Psw=1/6 * Fs *Vds*Id*tsw

Где
Fs- частота
Vds – напряжение сток-исток (в закрытом состоянии)
Id- ток проходящий через транзистор (в открытом состоянии)
tsw – время переключения

Время переключения в первом приближении можно рассчитать по графику зависимости зарядка на затворе от напряжения затвор-исток.2*240=0,78 мкВт

Т.е. на 3 порядка меньше основных потерь при переключении. А потери при переключении на 3 порядка меньше потерь проводимости.

Ради интереса рассчитаем потери при частоте 2МГц, D=0,8 и тоге 20 А.
Psw=10,6Вт
Pcond=210 Вт
Psw2=0.78мкВт

Видно , что даже при таких условиях потери на переключение на порядок меньше потерь проводимости. Т.е. когда вы будете искать радиатор на 210 Вт, дополнительные 10Вт просто попадут в инженерный запас, который вы обязательно должны сделать (около 20%).

Кроме этого рассчитывать надо крайний случай, которым является D=0.99, Pcond=260 Вт при этом Psw сохраняется прежним.

Из приведенных формул можно сделать интересные выводы:

Чтобы сократить потери на переключение, надо сократить время переключения. Для этого надо иметь мощный драйвер, который может отдавать большой ток в затвор.
Малый ток затвора ограничивает скорость переключения. В нашем примере время включения и выключения было в районе 160 нс.2*Rdn(on)*D
Выходное сопротивление управляющего сигнала и емкость затвора представляющий собой ФНЧ с частотой 1/Rout*Cgs,где Cgs=Ciss-Crss, но из фактических значений для любого разумного случая это сотни мегагерц минимум.

2.2. Расчёт площади теплоотвода и числа параллельно включаемых транзисторов

Рассмотрим расчёт площади радиатора в виде плоской пластины и числа параллельно включенных транзисторов для следующих исходных данных:

Pкmax = 6 Вт

транзисторы марки КТ816А (КТ817А)

Т˚п.доп = 150 ˚С

Кт = 0,0015 Вт/см²· град

Rкт = 0,5 ˚С/Вт

Rкс = 95 ˚С/Вт

Т˚с.в. = 60 ˚С

Rпк = 5 ˚С/Вт

Кз = 0,8

Определяем область допустимых значений:

т.е. 10>N>1.

Результаты расчётов QтN(N) и Qг(N) в виде графиков показаны на рис.2.1, из которого следует, что Nopt 9. Полученное значение Nopt необходимо округлить до ближайшего целого либо в меньшую сторону. При округлении в большую сторону следует учитывать, что площадь радиатора будет соответственно равна Qг, так как Qг>QтN. Поэтому целе-сообразно округлить значение Nopt в большую сторону, приняв Nopt = 9. При этом площадь плоского радиатора и каждый из параллельно включенных транзисторов будет рассеивать 0,7 Вт.

Рис. 2.1

Требующееся значение теплового сопротивления для рассматриваемого типа транзисторов:

4,778

где – поверхность, занимаемая одним прибором = 0,858(см²)

Исходя из изложенных выше рекомендаций, учитывая прежде всего уменьшение числа параллельно включенных транзисторов и относительное изменение площади теплоотвода, окончательно принимаем N=2, при котором площадь пластины QтN=77,016 см² и каждый из параллельно включенных транзисторов рассеивает мощность 2,5 Вт.

Однако теплоотвод в виде пластины при необходимости рассеивания больших мощностей оказывается неприемлемым из-за существенных массогабаритных показателей. Поэтому для улучшения конструктивных свойств теплоотвода удобно увеличивать его поверхность за счет ребер. Наиболее простым в изготовлении является теплоотвод, устройство которого показано на рис. 2.2

Применение теплоотвода в форме куба с профрезерованными ребрами позволяет существенно уменьшить размеры основания радиатора. В этом случае площадь основания теплоотвода будет

Проведём расчёт конструкции ребристого теплоотвода для следующих исходных данных:

мощные транзисторы марки КТ816А (КТ817А), которые имеют площадь основания (габа- ритная площадь): ;

рассеиваемая транзистором мощность: ;

тепловое сопротивление между корпусом транзистора и теплоотводом: ;

тепловое сопротивление переход-корпус ;

допустимая температура перехода ;

число параллельно включённых транзисторов:;

площадь основания плоского радиатора QтN=77,016 см² была определена в предыдущем примере. Из рекомендаций, приведённых выше, принимаем площадь основания ребристого радиатора .

Возможны два инженерных решения по конструированию радиатора:

– размещение нескольких (в рассматриваемом случае двух) параллельно включаемых транзисторов на одном радиаторе;

– размещение каждого из параллельно включаемых транзисторов на отдельном радиаторе. При этом полученную площадь основания, так же как и рассеиваемую мощность, следует разделить на число параллельно включаемых транзисторов.

Расчет радиаторов

Введение

При проектировании электронных схем малой мощности тепловой расчет часто может можно пренебречь, но если схема имеет дело с большей мощностью, как в силовой в усилителе или в источнике питания тепловая оценка является обязательной.

Если силовые транзисторы (и силовые компоненты) не охлаждаются должным образом, они перегревается и обычно взрывается через несколько минут (или даже несколько секунд).

Оценка мощности, рассеиваемой силовыми транзисторами, занимает много времени. сложная история, зависящая от конфигурации схемы и режима работы схемы (точка смещения, рабочий цикл, частота, …). Но здесь мы полагаем, что эта информация известна. Если нет, то все еще можно попытаться угадать, зная, например, эффективность схемы или применяя закон Джоуля ( P = U · I ) на предполагаемые составляющие напряжение и ток.

В конце тестовая фаза с мониторингом всех температур в течение нескольких часов. очень хорошая идея: любая ошибка или неправильная оценка в тепловом расчете легко обнаруживается и фиксируется.

Старое эмпирическое правило “если вы можете держать его за руку, это не слишком hot “по-прежнему хорошо применяется; обратное не обязательно верно (a транзистор при температуре 80 ° C слишком горячий, но может работать нормально). В любом случае, иметь очень горячие компоненты – плохая идея, потому что вы можете получить травму, если вы случайно прикоснетесь к ним. Если вам нужно, вам придется добавить некоторые защиты, такие как сетки или ограждения. чтобы избежать случайных контактов. А у холодных компонентов срок службы больше, чем у горячих.

Тепловые эквивалентные схемы

Тепло самопроизвольно и естественно перетекает от горячего тела к холодному. проводимость, конвекция, излучение или комбинация этих трех.Количество поступающего тепла примерно пропорционально температуре разница между двумя телами и обратно пропорциональна так называемой «термическое сопротивление», которое является свойством материала между ними два тела. Материалы с высоким термическим сопротивлением называют теплоизоляторами (дерево, минеральная вата и многие пластмассы – хорошие теплоизоляторы) и материалы с низким термическим сопротивлением называются теплопроводниками (медь и алюминий – очень хорошие проводники тепла).

Аналогия с минимумом Ома проста. По закону Ома ток пропорционален разности напряжений и обратно пропорционально электрическому сопротивлению. Поэтому мы можем использовать следующую замену:

Электрооборудование	Тепловой
Напряжение (разность потенциалов) [В]	Разница температур [K] или [° C]
Ток [A]	Тепловой поток (мощность) [Дж / с] = [Вт]
Электрическое сопротивление [Ом] = [В / А]	Тепловое сопротивление [К / Вт] или [° C / Вт]

Тепло измеряется в Джоулях, а тепловой поток – в Джоулях в секунду, что также является размерность мощности (1 Вт = 1 Дж / 1 с).Таким образом, тепловой поток – это не что иное, как передаваемая тепловая энергия.

Тепловое сопротивление обычно выражается в К / Вт или в ° C / Вт. Поскольку он основан на разнице температур, а не на абсолютном температуры, обе единицы абсолютно эквивалентны, что означает, например, что 3,5 К / Вт ≡ 3,5 ° C / Вт. На этой странице используются ° C / Вт, потому что температура также выражается в ° C, но K / W будет точно таким же.

Возьмем пример: у нас есть компонент, рассеивающий мощность 10 Вт.Тепловое сопротивление между компонентом и окружающей средой составляет 2 ° C / Вт. Температура окружающей среды 25 ° C. Мы хотим знать температуру компонента. В нашей эквивалентной схеме мощность, рассеиваемая нашим компонентом, равна представлен «текущим» источником, создающим поток мощностью 10 Вт. Термическое сопротивление представлено “сопротивлением” 2 ° C / Вт, а температура окружающей среды представлена Источник «напряжения» 25 ° С. Предполагается, что потенциал земли равен 0 ° C, но это значение не является допустимым. важно, потому что все основано на разнице температур и это никогда не появляется в расчетах.Эта схема показана на картинке ниже:

Пример тепловой эквивалентной схемы описан в тексте.

Мы можем легко вычислить, что 10 Вт при тепловом сопротивлении 2 ° C / Вт вызывают повышение температуры на 10 Вт · 2 ° C / Вт = 20 ° C. Эта температура добавляется к температуре окружающей среды, и мы находим 20 ° C + 25 ° C = 45 ° C и это это температура, которую мы ищем. Нет ничего, кроме минимума Ома, и уравнения действительно просты.

Этой очень простой модели достаточно для проектирования большинства радиаторов, используемых в электроника: вычисляет установившееся состояние тепловой цепи или другой Словом, состояние системы после долгой эксплуатации. Можно также смоделировать теплоемкость, добавив эквивалентные конденсаторы между каждый (соответствующий) узел и «тепловое» заземление. Это позволило бы вычислить тепловой отклик как функцию времени, чтобы увидеть сколько тепловых импульсов усредняется, но было бы за пределами возможности калькуляторы на этой странице; вам нужно будет сделать “карандаш” и бумажная “работа или использование и симулятор аналоговой схемы”.

Рассеивание без радиатора

Иногда достаточно рассеивания одного компонента и радиатора не требуется. обязательный. А некоторые компоненты вообще не предназначены для установки на радиатор. Но если мощность рассеивания значительна по сравнению с размером компонента, в любом случае необходимо провести тепловую оценку.

В этом случае тепловая схема очень проста и представлена в диаграмма ниже:

Эквивалентный тепловой контур без радиатора.

Следующий калькулятор выполнит вычисления за вас, просто введите 3 из 4 значения, оставляя неизвестное пустым. Затем нажмите кнопку «рассчитать», чтобы рассчитать и заполнить отсутствующее значение.

Калькулятор радиатора

Для увеличения рассеиваемой мощности требуется радиатор. Эквивалентная тепловая схема немного сложнее, но все же очень проста. как видно на рисунке ниже:

Эквивалентный тепловой контур с радиатором.

Здесь у нас есть больше переменных, и нам может потребоваться больше, чем один неизвестный. Введите все известные данные в калькулятор ниже и оставьте поля пустыми. для расчета, затем нажмите кнопку «рассчитать», чтобы вычислить и заполнить в пробелах. Возможны не все комбинации; если данных недостаточно; всплывающее окно коробка предупредит вас. Убедитесь, что неизвестные поля полностью пусты: пробел не будет Работа.

Коэффициент принудительного воздушного потока F учитывает дополнительный вентилятор, который нагнетать холодный воздух через ребра радиатора (см. ниже).Установите F на 1, если нагнетатель не используется.

В технических описаниях компонентов вы обычно найдете все необходимые данные о тепловой расчет. Иногда таблица недоступна, поэтому можно использовать следующую таблицу. удобен для примерной оценки необходимых параметров по корпус транзистора (или ИС).

Некоторые транзисторы имеют лучшие тепловые характеристики, чем другие, даже если они у них такой же корпус, но по порядку величины такой же. Имея представление об ожидаемых тепловых характеристиках компонента, помогает обнаруживать ошибки в расчетах или в таблицах данных.Если сомневаетесь, выберите более высокое тепловое сопротивление и более низкий спай. температура.

В таблице выше представлены пять характеристик: R _{th, J-C}, R _{th, J-A}, P _до @ T _A, P _до @ T _C и T _J.

R _{th, J-C} – тепловое сопротивление между полупроводниками. соединение (скажем, кремниевый чип) и корпус (или часть корпуса, которая предполагается установить на радиатор).

R _{th, J-A} – термическое сопротивление между переходом (микросхемой) и эмбиент напрямую. Это особенно важно, если компонент монтируется без нагрева. раковина. Когда используется радиатор, им можно пренебречь, так как R _{th, J-C} намного ниже.

P _tot @ T _C – максимальная тепловая мощность, которую транзистор может сопротивляться при высокой температуре корпуса, в то время как P _tot @ T _A – мощность при сохранении корпус транзистора при температуре окружающей среды (с очень большим радиатором).Второе значение обычно намного больше. Имейте в виду, что при использовании большого количества транзисторов вам необходимо уменьшить мощность, если она работа при высокой температуре, чтобы избежать других проблем с кремнием, таких как вторая разбивка, но это выходит за рамки цели данной страницы. Если возможно, посмотрите таблицу транзисторов.

T _J – максимальная температура перехода (кристалла). Обычно кремний может нагреваться до 200 ° C, но многие производители указывают более высокую температуру. консервативная 150 ° C или даже меньше. Если вы все еще разрабатываете на старых германиевых транзисторах, T _j не должен превышают 90 ° C.Я обычно уменьшаю значение, указанное в таблице, на 30% для большей безопасности. поле.

Тепловое сопротивление между корпусом транзистора и радиатором зависит от от того, как установлен транзистор, и от размера контактной площадки. Маленькие транзисторы типа ТО-126 имеют более высокое тепловое сопротивление, чем большие. вроде ТО-3. Опять же, если у вас есть точные данные производителя, используйте их. В противном случае следующая таблица может дать вам представление об этом дополнительном тепловое сопротивление.

Есть несколько способов установить транзистор на радиаторе в зависимости от между транзистором и стоком должна быть электрическая изоляция или нет. Необходимо найти тонкий баланс между тепловой эффективностью, безопасностью и время сборки и электрические характеристики. Если электрическая изоляция не требуется, это приводит к лучшему тепловому связаться, но это решение не всегда возможно. Часто радиатор необходимо заземлить, особенно если по соображениям безопасности он расположен снаружи корпуса.Внутренние радиаторы могут быть изолированы от корпуса и размещены на плаву. разный потенциал, позволяющий прямую установку транзисторов, но случайный емкость все еще может быть проблемой на высоких частотах. Внутренние радиаторы менее эффективны, чем внешние, если только не установлен вентилятор. использовал.

Если транзистор необходимо изолировать, используйте тонкий теплопроводящий Необходимо использовать электроизоляционную фольгу. Эти изоляторы бывают двух основных типов: слюды и изоляторы на основе кремния. изоляторы.Слюдяная фольга тонкая, твердая, хрупкая и прозрачная. Они очень похожи на стекло и легко ломаются при сгибании. Изоляторы на основе кремния немного толще, гибче, похожи на резину из фольги.

Если ваши транзисторы доступны извне (например, TO-3 на внешнем радиаторов) следует надеть на них изолирующие крышки, чтобы предотвратить случайное контактов и возможных коротких замыканий, вызванных внешними металлическими предметами.

Даже не думайте об использовании куска картона или пластика для изоляции вашего дома. транзисторы: подавляющее большинство электроизоляторов плохо греют проводники, приводящие к плохой теплопередаче.Ваш транзистор не прослужит долго! Используйте только слюду или специальные изолирующие прокладки.

Проблема слюды (и всех твердых поверхностей) в том, что поверхность не идеально гладкая, предотвращая идеальную передачу тепла. Обычно используется специально разработанная консистентная смазка для радиаторов; это термически проводящий, но электрический изолятор. Эта смазка заполняет микроскопические зазоры между двумя поверхностями и улучшает теплопроводность. Это отличная идея: всегда используйте его с подушечками из слюды (с обеих сторон) и даже когда транзисторы устанавливаются напрямую без какой-либо электрической изоляции: теплопроводность значительно улучшена.Требуется совсем немного смазки: просто вставьте мм ³ или около того в посередине, и при затяжке крепежного винта (-ов) он будет в основном выдавливаться.

На этом рисунке показаны слюдяная изолирующая прокладка и тюбик с термопастой.

Но есть альтернатива слюде и смазке: подушечки на основе силикона. Они мягкие: при сжатии заполняют зазоры и дают хороший термический контакт. Смазка не требуется, поэтому руки (и тряпки) не будут заполнены ею. белая штука.

На этом рисунке слева показаны изоляторы на основе кремния и немного слюды. изоляторы справа.

При установке силовых транзисторов на радиаторы не используйте пластиковые винты: они размягчаются от тепла и больше не сталкивают две поверхности вместе, что приводит к резкому увеличению термического сопротивления. Используйте винты по металлу с изолирующими втулками и пружинной шайбой. Втулка предотвращает соприкосновение винтов с транзистором и пружиной. шайба толкает все части вместе, даже когда металл сжимается и расширяется при изменении температуры.

На следующем рисунке все необходимые элементы для правильного монтажа показаны транзисторы: слева направо сначала винт M3 подходящая длина. Если используются винты с дюймовой шкалой, обычно используются # 4-40. Если вам нужно подключить провод к корпус транзистора. Он следует за изолированным вводом и силовым транзистором. Затем у нас есть изоляционная прокладка на основе силикона (которую можно заменить на слюдяная фольга, смоченная с обеих сторон термопастой) и радиатор.Если в радиаторе нет резьбового отверстия (как это), с другой стороны сбоку еще понадобится шайба и гайка.

На этом рисунке показаны все необходимые компоненты в правильном порядке для установите силовой транзистор на радиатор.

Когда вы покупаете новый радиатор, у вас обычно есть вся необходимая информация в даташите, предоставленном производителем. Но когда вы используете подержанный радиатор из своей мусорной коробки, шансы что вы не найдете точных данных.Таким образом, следующая таблица будет полезна при поиске аналогичного радиатора и угадать термическое сопротивление. Большие радиаторы имеют низкое тепловое сопротивление и наоборот.

*: Поскольку этот радиатор предназначен для 4 транзисторов, каждый видит тепловую сопротивление в 4 раза выше. При установке более одного транзистора на одном приемнике представьте, что врезаете его равные части и затем поместите каждый транзистор в середину каждого “раздел”; не кладите их близко друг к другу с одной стороны раковины.

Правильное положение установки четырех силовых транзисторов на одном нагревателе раковина. Красные пунктирные линии представляют виртуальное деление на четыре равных меньших. радиаторы.

Имейте в виду, что радиаторы из прозрачного металла имеют на 10% больше тепла. сопротивление, чем черные анодированные, и это причина того, что большие Большинство радиаторов черные: просто они более эффективны.

Если вы установите радиатор горизонтально, а не вертикально, естественный воздушный поток будет менее эффективным, а тепловое сопротивление увеличится на около 25%.

Небольшие радиаторы, разработанные по индивидуальному заказу

Небольшие радиаторы, состоящие из куска листового металла (алюминия), могут быть рассчитывается по следующей эмпирической формуле [1], что справедливо только для небольших поверхностей, скажем, меньше, чем 100 см ²:

Где A _HS – поверхность металлической пластины в см ² и R _{th, HS-A} – тепловое сопротивление от радиатора к окружающей среде. в ° C / Вт.

Металлическая поверхность должна быть необработанной (блестящий металлический цвет) и толщина должна превышать 1.5 мм. Радиатор предполагается устанавливать вертикально, вертикальных изгибов нет. уместным. Конечно, металлическая пластина должна быть максимально квадратной (или слегка прямоугольной формы), а горячий транзистор следует разместить посередине. Если форма металла представляет собой очень длинный прямоугольник, полученный термический сопротивление будет выше. Если вы используете черный анодированный алюминий, уменьшите тепловое сопротивление на 10%. Используйте исключительно хорошие теплопроводы, такие как алюминий или медь.

Следующий калькулятор вычислит эту формулу за вас:

Когда вентилятор пропускает воздух через радиатор, ситуация становится сложнее.Следующая эмпирическая формула значительно упрощает задачу [1]:

Где F – безразмерный коэффициент, а D – расход воздуха в м ³ / ч.

Таким образом, фактическое тепловое сопротивление радиатора уменьшается на (мультипликативную) коэффициент F зависит от расхода воздуха: чем больше расход, тем меньше коэффициент F.

Эта формула действительна только для потоков от 30 до 350 м ³ / ч.

Следующий калькулятор вычислит эту формулу за вас:

При использовании воздуходувки необходимо убедиться, что весь воздушный поток проходит через радиатор целиком, просто обдуть радиатор на расстояние недостаточно.Также имейте в виду, что вам необходимо создать «канал» для прогнать воздух через радиатор. Поток должен быть организован таким образом, чтобы воздух мог попадать в воздуходувку. с одной стороны пройти через раковину и выйти с другой стороны. Просто продуть тот же воздух внутри герметичного корпуса малоэффективно: вы должны позволить свежему воздуху входить в корпус, а горячий воздух выходить из другая сторона. Старайтесь не размещать воздухозаборник и выпускной патрубок с одной и той же стороны. корпус, чтобы избежать всасывания горячего воздуха.Размер, форма и количество отверстий, через которые поступает (и выходит) воздух, равны важно и может значительно уменьшить воздушный поток вентилятора: более открытый поверхность, тем лучше.

Иногда нагнетатели выходят из строя, и ваша схема может перегреться: это хорошая практика. включить термовыключатель на раковине, который отключит питание, если температура поднимается слишком высоко.

Вы можете подумать, что температура окружающей среды T _a самая легкая. число, чтобы вычислить, но оно заслуживает мудрой оценки.Кто-то выбирает для комнатной температуры 20 ° C, кто-то выберите 25 ° C или даже 27 ° C (300 K), но эти температуры слишком низкие для нашего расчета. Всегда следует учитывать максимально возможную рабочую температуру Схема: в жаркий летний день можно легко превысить вышеуказанные значения. Для домашнего применения обычно значения около 50 ° C, для промышленного приложения нередко поднимаются до 60 ° C и более.

Тогда, если у вас нет воздуходувки и все охлаждение осуществляется естественным конвекция, безопаснее дополнительно увеличить ее на 5-10 ° C, особенно если у вас внутренний радиатор.Причина в том, что без вентилятора температура по соседству радиатора выше, чем в остальной части комнаты.

Изображение внутреннего радиатора. Обратите внимание на то, как два транзистора расположены на раковине так, чтобы каждый из них находится в середине своей половины радиатора.

При использовании внутреннего радиатора убедитесь, что на нем установлены большие вентиляционные решетки. снизу и сверху корпуса, чтобы обеспечить достаточный поток воздуха через раковину.Естественная конвекция воздуха всегда направлена вверх: вход и выход воздуха должны быть очень близко к радиатору, избегая неэффективных длинных горизонтальных путей.

Заключение

Простой метод проектирования радиатора и теплового потока энергии полупроводники. Многие стандартные значения для общих компонентов сведены в несколько таблиц. чтобы сделать “хорошее предположение”, если точные данные от производителя недоступно, так как это почти всегда бывает, когда вы строите что-то с компоненты вашего мусорного ящика.

Все тепловые расчеты необходимо проверить на практике, особенно если вы сделали много догадок. Дать вашей схеме поработать несколько часов, контролируя температуру сообщит вам, насколько хорош ваш расчет, и приближаетесь ли вы к завершению на максимальную температуру, вам, вероятно, придется немного изменить свой дизайн.

Библиография и дополнительная литература

[1]	Nuova Elettronica. Accidenti поставляется с коротким транзистором. 1978, том 11, страницы 58-102
[2]	Nuova Elettronica. Все без исключения раффреддаменто. 1995, rivista 180, страницы 2-21
[3]	П. Горовиц, В. Хилл. Искусство электроники. 2 ^nd Edition, Cambridge University Press, 2001, страницы 312-316

Температура перехода ＜ Расчет температуры кристалла транзистора ＞ | Основы электроники

Как рассчитать температуру перехода (по температуре окружающей среды)

Температуру перехода (или температуру канала) можно рассчитать исходя из окружающей среды с помощью следующего уравнения.

* Rth (j-a): Термическое сопротивление «переход-окружающая среда» варьируется в зависимости от типа печатной платы. Для справки ниже представлена таблица термического сопротивления по корпусам, основанная на использовании стандартной печатной платы ROHM.

* Значение Rth (j-a) отличается для каждого номера детали, но значения будут близкими, если упаковка одинакова.

** Если потребление тока нестабильно и изменяется время от времени, тогда в расчетной формуле должны быть указаны усредненные значения потребляемого тока, чтобы получить приблизительное значение (см. «Используемый или нет метод оценки».

Ниже приведен пример корреляции между потребляемым током и температурой перехода, когда Rth (j-a) составляет 250 градусов / Вт, температура окружающей среды составляет 25 градусов.

Температура перехода повышается пропорционально потребляемому току. Константа пропорциональности для этого равна Rth (j-a).

Поскольку Rth (j-a) составляет 250 град. / Вт, температура перехода повышается на 25 град. на каждое приращение 0,1 Вт потребляемого тока. Это означает, что температура перехода становится равной 150 град.когда потребление тока составляет 0,5 Вт, и график в этом случае предполагает, что ток выше 0,5 Вт не может быть применен к TR.

При подаче такого же тока температура перехода также повышается при повышении температуры окружающей среды. Это впоследствии уменьшает применимый ток. Максимальное потребление тока зависит от теплового сопротивления и температуры окружающей среды.

Максимальное потребление тока уменьшается с указанным выше соотношением.

Кривая снижения номинальных характеристик, приведенная выше, показывает процент затухания тока, который может применяться ко всем корпусам. Например, в случае пакета MPT3 (SOT89) максимальная применимая мощность составляет 0,5 Вт при 25 град. и применяемый ток уменьшается со скоростью 0,8% / град. Это означает, что значение снижается до 0,4 Вт. Это 80% от 100% от начального значения (снижение на 20%), а затем снижение до 0,2 Вт, что составляет 40% от исходного значения (уменьшение на 60%).

Переходное термическое сопротивление

В приведенных выше примерах мы обсудили случаи, когда ток подается на устройство непрерывно.Далее мы обсудим случай, когда температура повышается при кратковременном приложении тока.

На приведенном выше графике показано тепловое сопротивление в текущий момент времени (переходное тепловое сопротивление), ширина импульса отложена по оси X, а Rth (j-a) – по оси Y.

Этот график показывает нам, что температура перехода повышается по мере того, как сохраняется текущее время приложения, достигая состояния плато (называемого тепловым насыщением) через 200 секунд.

Мы можем использовать приведенную выше формулу расчета, чтобы получить температуру перехода, когда ток прикладывается мгновенно в виде одиночного импульса.

Метод расчета температуры перехода (от температуры корпуса)

Температуру перехода можно рассчитать по температуре корпуса, как показано ниже. Примером может служить замена Rth (j-a) в формуле на Rth (j-c).

* Температура корпуса измеряется радиационным термометром, как максимальная температура на поверхности упаковки, на которой нанесена маркировка.

* Обратите внимание, что температура корпуса значительно различается в зависимости от метода / точки измерения.

** Значение считается приблизительным, если приложенный ток не является постоянным, время от времени изменяющимся путем присвоения усредненного значения потребления.

Поскольку значение Rth (jc) варьируется в зависимости от типов печатной платы, а также от условий рассеивания тепла (включая состояние пайки), приведенная выше формула потенциально не применима к вашим расчетам, поскольку измеренные значения на печатной плате RHOMs могут отличаться от измеренных значений на вашей печатной плате.Например, температура корпуса может быть ниже по сравнению, даже если приложенный ток такой же, когда печатная плата имеет хорошие характеристики рассеивания тепла.

На приведенном ниже рисунке показано, что Rth (j-c) становится ниже по мере того, как рисунок земли коллектора на печатной плате становится меньше. (Площадь контактной площадки коллектора / толщина / материалы плюс материал печатной платы, ширина цепи размера также приведут к другим результатам измерений на Rth (j-c).

Значение Rth (j-c) может отличаться в зависимости от типа и состояния печатной платы.Выбрать правильное место для точного измерения температуры корпуса сложно. Из-за этого не рекомендуется приближать температуру перехода к температуре корпуса.

Тепловое сопротивление перехода к корпусу Rth (j-c) – подробные сведения

В принципе, термическое сопротивление перехода к корпусу Rth (j-c) является показателем, который в основном используется для корпусных (сквозных) устройств TO220 путем пайки его к радиатору. В этом случае, поскольку от корпуса до радиатора является путь теплового излучения, можно точно рассчитать температуру перехода, измерив температуру корпуса в точке в середине такого пути.В частности, если используется радиатор с идеальными характеристиками рассеивания тепла (например, бесконечный радиатор), способность рассеивания тепла считается безграничной. Считается само собой разумеющимся, что «Температура корпуса» = «Температура окружающей среды», а температура корпуса = 25 град. (Tc = 25 град.) Входит в расчетную формулу.

(Тепловое сопротивление бесконечного радиатора: Rth (c-a) =; тогда Rth (j-a) = Rth (j-c))

Для устройств поверхностного монтажа путь теплового излучения – это в основном часть печатной платы, которая находится непосредственно под устройством; что может затруднить измерение температуры корпуса из-за расположения.Даже если измерять температуру на маркировочной стороне устройства, его доля тепловыделения в общем тепловыделении довольно мала. Поэтому использовать эту температуру в формуле для расчета температуры перехода не рекомендуется.

Тем не менее, поскольку от наших клиентов поступает много запросов о значении Rth (jc) для устройств SMT, ROHM иногда предоставляет значение Rth (jc) в условиях, когда температура измеряется со стороны маркировки устройства, установленного на ранее установленном устройстве. упомянутая стандартная печатная плата.По этой причине значение Rth (j-c) следует рассматривать как эталонное.

Если устройство установлено на печатной плате иным способом, чем наше, то доля рассеивания тепла во всем тепловом излучении будет отличаться, что затруднит точное определение температуры перехода.

Термическое сопротивление стандартных корпусов (справочные данные)

Значения в следующих данных не являются ни гарантированными значениями, ни максимальными / минимальными значениями. Пожалуйста, рассматривайте их только как справочные данные.*

* Приведенные здесь данные получены по результатам измерения конкретной производственной партии.

* Rth (j-a) варьируется в зависимости от печатной платы, условий рассеивания тепла, включая методы пайки и метод измерения температуры.

Транзистор

Силовые транзисторы и радиаторы

Изучив этот раздел, вы сможете:
Узнайте о конструкции силового транзистора.
• Понять необходимость соединения коллектора и металлического корпуса.
Понять взаимосвязь между мощностью и температурой в силовых цепях.
• Понижение мощности.
Понять необходимость радиаторов.
• Способы выбора радиаторов.
• Способы установки радиаторов.
Рассчитайте требования к тепловому сопротивлению радиаторов.
• Узнайте о методах преодоления ограничений в радиаторах.

Силовые транзисторы

Нет четкой разницы между «обычными» транзисторами, используемыми в усилителях напряжения и силовых транзисторах, но в целом силовые транзисторы можно отнести к категории таких, которые могут выдерживать ток коллектора (или сток в случае полевых транзисторов) более 1 Ампер.

Поскольку силовые транзисторы, такие как показанные на рис.5.1.1 работают с большими токами и более высокими напряжениями, они имеют конструкцию, отличную от небольших сигнальных устройств. Они должны иметь низкое выходное сопротивление, чтобы они могли передавать большие токи в нагрузку, и хорошую изоляцию перехода, чтобы выдерживать высокие напряжения. Они также должны очень быстро рассеивать тепло, чтобы не перегреваться. Поскольку большая часть тепла выделяется в соединении коллектор / база, площадь этого соединения делается как можно большей.

Мощность и температура

Максимальная номинальная мощность транзистора в значительной степени определяется температурой перехода коллектор / база, как видно из графика снижения мощности на рис.5.1.2. Если рассеивается слишком много мощности, этот переход становится слишком горячим и транзистор будет разрушен, 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 при температуре выше 25 ° C она линейно падает до нулевой выходной мощности при достижении максимально допустимой температуры.

Понижение мощности

Рис 5.1.2 График снижения мощности для TIP31

Например, транзистор, такой как TIP31, с заявленной максимальной выходной мощностью P _TOT 40 Вт, может работать только с мощностью 40 Вт. IF , температура корпуса (немного ниже температуры перехода) поддерживается ниже 25 ° C. Характеристики силового транзистора во многом зависят от его способности рассеивать тепло, выделяемое на переходе коллектор-база.

Минимизация проблемы нагрева решается двумя основными способами:

1.Работая с транзистором наиболее эффективным способом, то есть выбирая класс смещения, обеспечивающий высокий КПД и наименее расточительный по мощности.
2. Обеспечивая, чтобы тепло, выделяемое транзистором, могло отводиться и эффективно передаваться в окружающий воздух как можно быстрее.

Метод 2, описанный выше, подчеркивает важность взаимосвязи между силовым транзистором и его радиатором, устройством, прикрепленным к транзистору с целью отвода тепла.Таким образом, физическая конструкция силовых транзисторов рассчитана на максимальную передачу тепла к радиатору. Помимо обычного выводного провода коллектора, коллектор силового транзистора, который имеет гораздо большую площадь, чем у малого сигнального транзистора, обычно находится в прямом контакте с металлическим корпусом транзистора или металлической монтажной площадкой. , который затем может быть прикручен или прикреплен непосредственно к радиатору. Типичные силовые транзисторы в металлическом корпусе и металлическом корпусе показаны на рис.5.1.1

Поскольку усилители мощности выделяют значительное количество тепла, которое является потраченной впустую мощностью, они сделаны максимально эффективными. Для усилителей напряжения низкие искажения имеют большее значение, чем эффективность, но с усилителями мощности, хотя искажения нельзя игнорировать, эффективность жизненно важна.

Радиаторы

Рис. 5.1.3 Радиаторы

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

Очень важен хороший физический контакт между транзистором и радиатором, а перед тем, как закрепить транзистор на радиаторе, на контактную поверхность смазывают теплопередающую смазку (состав для радиатора).

Если необходимо обеспечить электрическую изоляцию между транзистором и радиатором, между радиатором и транзистором используется слой слюды.Слюда имеет отличную изоляцию и очень хорошие теплопроводные свойства.

Выбор подходящего радиатора

Рис. 5.1.4 Установка радиатора TO220

Доступно множество радиаторов, подходящих к конкретным типам 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 с теплоотводящим компаундом.

(b) показывает зажим TO220 на радиаторе.

(d) показывает металлический корпус транзистора, залитый радиаторным компаундом. Это важно для создания эффективного теплообмена между транзистором и радиатором.

(e) показывает транзистор, установленный на радиаторе.

(f) показывает 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 прикреплен к радиатору болтом, вставленным через небольшую изолирующую втулку.

Типичный R

_th 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 переходом и корпусом, рассчитанное по графику снижения мощности Рис.5.1.2.
R _{th j-c} = (150 ° C – 25 ° C) / 40W = 3,125 ° C / Вт .
Макс. температура корпуса при рассеивании 5 Вт = 150 – (5 x 3,125) = 134 ° C (прибл.).
Тепловое сопротивление R _{th c-hs} между корпусом и радиатором (с учетом слюдяной шайбы) = 2 ° C / Вт.
Макс. температура радиатора = 134 – (5 x 2) = 124 ° C .
Для достижения температуры окружающего воздуха = 25 ° C Термическое сопротивление радиатора должно быть лучше (124 – 25) / 5 = 19.8 ° C / Вт
Лучшим выбором, чтобы избежать работы транзистора при максимально допустимой температуре , было бы выбрать радиатор с тепловым сопротивлением примерно от 10 до 15 ° C / Вт.

Расчет необходимого теплового сопротивления R

_th для радиатора

Выбранный радиатор должен отводить тепло от транзистора в окружающий воздух достаточно быстро, чтобы температура перехода транзистора не превышала максимально допустимое значение (обычно указывается в паспорте транзистора), обычно от 100 до 150 ° С.

Каждый радиатор имеет параметр термического сопротивления (R _th), измеряемый в ° C / Вт, и чем ниже значение R _th, тем быстрее рассеивается тепло. Другие факторы, влияющие на рассеивание тепла, включают мощность (в ваттах), рассеиваемую транзистором, эффективность передачи тепла между внутренним переходом транзистора и корпусом транзистора, а также корпусом к радиатору.

Также необходимо учитывать разницу между температурой радиатора и температурой воздуха вокруг него (температура 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, По возможности рекомендуется использовать радиатор с более низким тепловым сопротивлением.

График снижения мощности транзистора TIP31, показанный на рис.5.1.2 иллюстрирует взаимосвязь между мощностью, рассеиваемой транзистором, и температурой корпуса. Когда транзистор рассеивает 5 Вт, по графику можно оценить, что максимальная температура безопасного корпуса для температуры перехода 150 ° C будет примерно от 134 до 135 ° C, что подтверждает приведенный выше расчет макс. температура корпуса.

Транзистор TIP31 имеет максимальную рассеиваемую мощность P _TOT 40 Вт, но из графика на рис. 5.1.2 видно, что это достижимо, только если температура корпуса транзистора может поддерживаться на уровне 25 ° C.Температура корпуса может подниматься только до 150 ° C (такой же, как максимальная температура перехода), если рассеиваемая мощность равна нулю.

Параллельные транзисторы для приложений большой мощности

Рис. 5.1.5 Силовые транзисторы, подключенные параллельно

В приложениях с высокой мощностью может оказаться невозможным найти подходящий радиатор для конкретного транзистора, тогда одним из решений может быть использование другого силового 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 дешевый вариант, чем один очень дорогой радиатор.

Термический побег

Во многих современных схемах силовые MOSFET предпочтительнее BJT из-за проблемы теплового разгона BJT. Это процесс, при котором ток увеличивается как естественный эффект в полупроводниках при повышении температуры устройства. Это повышение температуры затем приводит к дальнейшему увеличению тока и последующему дальнейшему повышению температуры, пока повышение температуры и тока не выйдет из-под контроля и устройство не будет разрушено.

При параллельном подключении нескольких плохо согласованных транзисторов транзистор, который изначально пропускает наибольший ток, нагревается, в то время как другие, пропускающие меньший ток, становятся холоднее. Следовательно, более горячий транзистор может подвергаться опасности теплового разгона, однако тщательно подобранные BJT все же могут быть предпочтительнее полевых МОП-транзисторов для некоторых приложений с высоким напряжением.

Начало страницы

Определение размеров радиаторов с помощью нескольких простых уравнений

Расчет размера радиатора может оказаться сложной задачей для любого, кто не имеет большого опыта в термическом анализе.Существует коммерчески доступное программное обеспечение для проектирования радиатора, которое позволит вам спроектировать и проанализировать радиатор в соответствии с тепловыми требованиями охлаждаемых устройств. Если этот тип программного обеспечения недоступен для вас, можно выполнить быстрые вычисления с использованием электронной таблицы математического программного обеспечения, чтобы получить оценку размера радиатора, необходимого для поддержания желаемой температуры компонентов вашего источника тепла.

Допущения при проектировании радиатора

Сделав несколько упрощающих предположений, вы можете провести анализ радиатора вручную или с помощью электронной таблицы.Результатом этих расчетов будут размеры радиатора, необходимые для поддержания требуемой температуры источника.

Рис. 1. Размеры пластинчатого радиатора

На рисунке 1 показан типичный пластинчатый радиатор с ребрами, используемый для охлаждения общих электрических и электронных компонентов, таких как светодиоды, используемые в осветительных приборах, полевые МОП-транзисторы, используемые в цифровых схемах и микропроцессоры. Необходимо определить шесть параметров, чтобы разработать соответствующий радиатор для ваших нужд.Для упрощения расчетов будут приняты следующие допущения:

Площадь поверхности из-за толщины ребер t и толщина основания b намного меньше, чем общая площадь поверхности радиатора
Теплопроводность радиатора достаточно высока, чтобы температура поверхности радиатора была однородной и приблизительно равной температуре источника тепла
Источник тепла имеет ту же длину и ширину, что и радиатор, и центрирован на основании радиатора
Источник находится в идеальном контакте с основанием радиатора

Приведенные выше предположения внесут некоторые ошибки в ваши расчеты.Однако цель проведения этого расчета – получить приблизительную оценку размера необходимого радиатора. Затем для уточнения конструкции можно использовать более сложные методы расчета, программное обеспечение или тестирование.

Этот анализ предназначен для радиатора, основание которого ориентировано вертикально с охлаждением за счет естественной конвекции и излучения только, как показано на рис. 1.

Расчет естественной конвекции

Значения L и H сначала выбираются в зависимости от конструктивных ограничений вашего радиатора.Ширина радиатора W, расстояние между ребрами s и количество ребер N будут затем рассчитаны для выбранных значений L и H.

Сначала вычисляется конвекционный отвод тепла Q _c1 из области A ₁ внешних боковых поверхностей радиатора, показанного на фиг. 2. Это определяется с помощью уравнения 1.

где:
– температура источника тепла
– температура окружающей среды
2

Коэффициент конвекции h ₁ для области A ₁ рассчитывается с использованием уравнения 3.Эта формула предназначена для естественной конвекции от вертикальной поверхности. См. Ссылку [2] для получения подробной информации о разработке этой формулы. Область A ₁ включает небольшие участки горизонтальных поверхностей. Разница в величине коэффициента естественной конвекции для горизонтальных и вертикальных поверхностей незначительна, а горизонтальные области малы по сравнению с вертикальными поверхностями. Таким образом, использование уравнения 3 для всей этой области не внесет значительных ошибок и упростит расчет.

Следующим шагом в расчетах является определение тепловыделения Q _c2 за счет естественной конвекции от площади поверхности, A ₂ ребер, как показано на рисунке 2.

Оптимальное расстояние между ребрами s _opt, обеспечивающее максимальную теплопередачу за счет естественной конвекции, дается уравнением 5. Уравнение 5 было получено путем расчета расстояния между ребрами, при котором произведение площади внутренней поверхности ребер и коэффициент конвективной теплопередачи максимален.Подробное объяснение этого вывода можно найти в [1].

5
где:
– ускорение свободного падения
– коэффициент расширения в единицах измерения температуры в Кельвинах

6
– коэффициент температуропроводности воздуха, оцененный как
– кинематическая вязкость воздуха, оцененная как

Коэффициент конвективной теплопередачи между ребрами [1] определяется уравнением 7,

где – расчетная теплопроводность воздуха.

Рис. 2. Области, используемые для расчета теплоотвода от радиатора

Теплоотвод Q _c2 из области A ₂ из-за естественной конвекции рассчитывается по уравнению 8.

Коэффициент конвекции h ₂ предназначен для вертикальных поверхностей, расположенных между ребрами. Этот коэффициент конвекции используется для небольших горизонтальных поверхностей, а также небольших вертикальных поверхностей снаружи радиатора, которые входят в область A ₂.Как было сделано в расчете для Q _c1, использование единственного значения h ₂ на площади A ₂ считается приемлемым из-за небольших площадей горизонтальных и внешних вертикальных поверхностей и аналогичных величин коэффициент конвекции для поверхностей разной ориентации.

Радиационные расчеты

Вклад радиационного рассеивания тепла может быть весьма значительным для радиаторов, охлаждаемых естественной конвекцией. Таким образом, он должен быть включен в любые расчеты размера радиатора.Ссылка на сообщение в блоге «Важность излучения в конструкции радиатора» для подробного обзора роли излучения в характеристиках радиатора.

Как и при расчетах радиатора естественной конвекции, рассеяние радиационного тепла Q _r1 из области A ₁ рассчитывается с использованием уравнения 9.

Переменные ε – коэффициент излучения поверхности радиатора. Типичные значения приведены в статье «Важность излучения в конструкции радиатора».Константа Стефана-Больцмана σ имеет значение 5,67 × 10 ^-8 Вт / м ² K ⁴.

Затем вычисляется радиационная теплопередача из области A ₂, заданная уравнением 10.

Расчет точного тепловыделения радиации от площади, A ₂ является довольно сложным и не подходит для упрощенного решения, искомого в этой статье. Приблизительное решение, которое дает достаточно точные результаты, – это использовать видимую площадь поверхности излучения, A _r2.Площадь поверхности видимого излучения – это воображаемая область, которая покрывает оболочку радиатора, охватывающую область A ₂, показанную на рисунке 2.

Расчет радиатора

Последний шаг – теперь вычислить количество ребер N, необходимое для отвода тепла при температуре T _s. Зная количество ребер, можно рассчитать ширину радиатора.

Закон сохранения энергии гласит, что тепло, выделяемое источником тепла, Q должно быть равно теплу, рассеиваемому радиатором в условиях устойчивого состояния.Это представлено уравнением 12.

Обозначение ⌉, используемое в уравнении 12, является математическим обозначением для округления до ближайшего целого числа. Это необходимо, так как количество плавников – целое число. Уравнение 13 используется для определения ширины радиатора.

Эти расчеты дают некоторое представление о том, какие размеры следует изменить, чтобы оптимизировать размер радиатора. Если вы пытаетесь минимизировать объем радиатора, его длину следует сделать как можно меньшей.Это максимизирует теплопередачу от радиатора как такового, уменьшая площадь поверхности, необходимую для ограничения температуры источника ниже требуемого значения.

Ссылки:
[1] A. Bar-Cohen, W. M. Rohsenow «Термически оптимальное расстояние между вертикальными параллельными пластинами, охлаждаемыми естественной конвекцией», в: Journal of Heat Transfer, Vol 106, p. 116-123, 1984

[2] Р. Саймонс, «Упрощенная формула для оценки коэффициента теплопередачи естественной конвекции на плоской пластине», в: Охлаждение электроники, выпуск: август 2001 г.

Радиаторы тепла – Атомные ракеты

Расчетные факторы

Используя уравнение Стефана Больцмана, мы можем быстро увидеть, что радиатор с лучшим коэффициентом излучения, большей площадью поверхности и более высокой температурой удаляет больше отработанного тепла.

На космических кораблях важно использовать самые легкие компоненты для каждой задачи. Космический корабль с более легкими радиаторами будет быстрее ускоряться и иметь больше deltaV, что означает, что он может идти дальше и делать больше при меньшем количестве топлива.
Если нам нужен легкий радиатор, мы хотим, чтобы он имел самый высокий коэффициент излучения. Мы можем добиться этого, используя естественно темные материалы, такие как графит, или закрашивая блестящие металлы черной краской.
Радиатор большего размера весит больше.Поэтому нам нужны радиаторы наименьшего возможного размера. Чтобы компенсировать меньшую площадь поверхности, мы можем увеличить рабочую температуру. Небольшое повышение температуры приводит к значительному увеличению количества удаляемого отходящего тепла. Это означает, что горячие радиаторы намного легче и меньше холодных.

Дополнительные сведения

Система EAC МКС

Типичный радиатор принимает охлаждающую жидкость от горячего компонента. Температура компонента охлаждающей жидкости на выходе – это начальная температура в радиаторе.Радиатор служит интерфейсом, который отводит тепло охлаждающей жидкости, что приводит к более низкой температуре на выходе из радиатора. Охлаждающая жидкость возвращается к компоненту для завершения цикла отвода отходящего тепла.

Обратите внимание на то, что максимальная температура теплообменника, передаваемая пару, является самой низкой температурой жидкого натрия в активной зоне реактора.

Тепло течет только от горячего объекта к более холодному. Поэтому радиатор может работать только тогда, когда температура компонента выше, чем температура охлаждающей жидкости на выходе из радиатора.Например, если ядерный реактор работает при 2000 К, радиатор должен работать при 2000 К или меньше.

Реактор от COADE. Реактор работает при температуре 2907К, а в радиатор поступает теплоноситель при 2400К.

Разница между температурами на входе и выходе из радиатора зависит от многих факторов, но обычно мы хотим максимально возможной разницы. Эта разница температур особенно важна для выработки электроэнергии. Большая разница означает, что от источника тепла можно извлечь больше энергии.Это также означает, что для охлаждения компонента требуется меньше охлаждающей жидкости.
Это создает проблемы с реалистичным дизайном.
Общее решение – использовать два комплекта радиаторов, работающих при разных температурах: один низкотемпературный контур и один высокотемпературный. Он отлично работает, когда ваше низкотемпературное отходящее тепло составляет несколько киловатт от систем жизнеобеспечения и авионики. Необходимо найти другие решения для компонентов, которые должны храниться при низких температурах, но при этом выделяют мегаватты отходящего тепла, например, лазеры.

Эта конструкция имеет три комплекта радиаторов с уменьшающейся площадью для различных температурных составляющих. Фактически четыре комплекта, если считать радиаторы модуля обитания (Радиаторы полезной нагрузки / авионики)

Для низкотемпературных высокотемпературных компонентов необходимо использовать тепловые насосы. Они могут перемещать отходящее тепло против температурного градиента, позволяя, например, радиатору на 1000K охладить компонент на 500K. Однако это требует затрат энергии. Перемещение тепла с 500 К до 1000 К обходится насосу в 1 ватт на каждый перемещенный ватт.Реалистичный насос не будет эффективен на 100% и потребует более 1 ватта, чтобы переместить ватт отработанного тепла.

Pump_power = (Waste_heat * Tc / (Th – Tc)) / Pump_Efficiency

Pump_power – сколько ватт потребляют тепловые насосы. Waste_heat – сколько ватт необходимо удалить из компонента. Tc – температура компонента. Th – температура радиатора в градусах Кельвина. Pump_efficiency – коэффициент.

Холодильный цикл – это пример теплового насоса.

Как правило, охлаждающая жидкость должна быть жидкой. Это накладывает нижний и верхний предел температуры охлаждающей жидкости; любой холоднее, и он замерзнет и заблокирует трубы, любой более горячий он закипит и перестанет течь. Например, водяную охлаждающую жидкость можно использовать только при температуре от 273 до 373 К. Что еще более важно, он ограничивает разницу температур, которую можно получить от радиатора.
Большие перепады температур требуют, чтобы охлаждающая жидкость находилась в радиаторе долгое время.Для этого требуются радиаторы большего размера или длинные обходные пути для труб. По мере того, как охлаждающая жидкость становится холоднее, она излучает с меньшей интенсивностью, а это означает, что последнее понижение температуры на 10 кельвинов может занять экспоненциально больше времени, чем первое понижение на 10 кельвинов. Есть сильная убывающая доходность.
Есть также структурные проблемы. Большие перепады температур вызывают термические нагрузки. Они могут оказаться слишком большими, чтобы с ними справиться. Легкие, напряженные радиаторы склонны плохо реагировать на любые боевые повреждения, что делает радиаторы слабым местом для любого военного корабля.

Лонжероны опор радиаторов МКС. Разгоняемый космический корабль будет нуждаться в гораздо большей поддержке.

В целом, мы должны иметь в виду, что существует ограниченный диапазон температур между горячим и холодным концом радиатора, и что его характеристики не могут быть просто получены с помощью уравнения Стефана Больцмана для максимальной температуры. Мы также не можем использовать простое среднее значение, потому что теплоноситель теряет тепло с квадратично уменьшающейся скоростью по мере перехода от более высоких к более низким температурам.2 панель радиатора:

Мы можем видеть, что натрию требуется 17 секунд, чтобы остыть от 1000K до температуры, близкой к его температуре плавления 370K. Любой кулер, и он застынет в трубках. Если мы усредним излучаемые ватты, мы получим значение, близкое к 11,46 кВт. Это соответствует средней температуре излучения 545 К.
Наконец, радиатор подвергается нагрузкам при ускорении космического корабля. Некоторые типы радиаторов ломаются или разлетаются при сильных ускорениях, поэтому перед выбором конструкции необходимо учитывать характеристики космического корабля.

Цельнолитые радиаторы

Простая конструкция, используемая сегодня.
Он состоит из металлической пластины, через которую проходит полая трубка для прохождения охлаждающей жидкости. Отработанное тепло выходит из хладагента в материал радиатора, который излучает его от его открытых поверхностей.

Эта конструкция имеет довольно высокую массу на единицу площади и низкие температурные ограничения, что делает ее одной из худших конструкций.Максимальная температура – это то, что сохраняет материалы радиатора как твердыми, так и прочными, что важно, поскольку многие металлы быстро теряют прочность по мере приближения к своей температуре плавления.
Охлаждающая жидкость должна оставаться жидкой на протяжении всего цикла охлаждения, поэтому это ограничивает возможную разницу температур. Использование металлов, таких как олово, или солей, таких как натрий, позволяет улучшить разницу температур, но для их перекачивания требуется специальное, иногда нереактивное, иногда энергопотребляющее оборудование.

Несколько радиаторов будут излучать тепло друг в друга и терять эффективность.

Расположение радиаторов вокруг космического корабля должно учитывать взаимное отражение, когда тепло одного радиатора улавливается и поглощается другим радиатором. Это снижает их эффективность. Все, что больше двух радиаторов на ось, поглощает часть тепла другого радиатора … у четырех радиаторов только 70% тепла уходит в космос, у восьми радиаторов эффективность падает до 38%.2, если рассматривать только открытые панели.
Пока что только радиаторы из углеродного волокна без покрытия, работающие при 800-1000K, достигли такой плотности.

Альтернативная конструкция обеспечивает лучшую плотность за счет удаления контуров охлаждающей жидкости и насосов. Тепловая трубка имеет горячий конец и холодный конец, разделенные вакуумом.

Тепловая трубка, отводящая отработанное тепло в радиатор.

Твердый хладагент выкипает, а затем конденсируется на холодном конце, а затем рециркулирует за счет капиллярного действия или центробежного ускорения.Этот метод допускает высокие рабочие температуры и не требует насосов движущихся частей, но высокая масса на единицу площади сводит на нет многие из его преимуществ.

На военном корабле радиаторы – слабое место. Яркие, открытые и трудно защищаемые, в них легко попасть, а после повреждения они могут вывести космический корабль из строя. Они могут убить военный корабль, даже не пробивая броню. Избыточные радиаторы налагают массовый штраф. Покрытие радиаторов пластинами из брони значительно снижает их теплопроводность между охлаждающей жидкостью и открытыми поверхностями, что, в свою очередь, снижает их эффективность.
Решения для снижения уязвимости радиаторов включают направление их ребром к противнику, перемещение их в хвостовую часть корабля или использование выдвижных конструкций.

Справа радиаторы открыты вражескому огню. Слева выступ корпуса защищает радиаторы от повреждений.

Если все радиаторы убраны, космический корабль должен полагаться на радиаторы для охлаждения. Источник тепла мощностью в мегаватт может испарить тонну воды менее чем за семь минут, так что это будет работать только в течение очень коротких периодов времени.
Высокотемпературные твердотельные радиаторы сталкиваются с проблемами, такими как необходимость иметь дело с закипанием охлаждающей жидкости или необходимость выдерживать огромное давление, чтобы поддерживать жидкости в сверхкритическом состоянии. Решение – использовать твердые блоки из металла вместо охлаждающей жидкости. Запуск этих блоков, как поезд по рельсам, позволяет использовать надежные радиаторы, которые могут выдерживать сильные ускорения и температуры вплоть до точек кипения блоков охлаждающей жидкости (4000K в некоторых случаях, если рельсы активно охлаждаются). Чем меньше блоки, вплоть до размера шариков, тем быстрее они остывают и тем короче должна быть дорожка, что приводит к экономии массы и площади.

Подвижные радиаторы
Одна из главных причин, по которой твердые радиаторы настолько массивны, заключается в том, что им нужны трубы для охлаждающей жидкости, насосы и теплообменники для отвода отработанного тепла от оборудования на открытые поверхности.
Чтобы значительно уменьшить плотность помещения, мы можем разработать радиатор, не требующий громоздких контуров охлаждающей жидкости. Вместо этого перемещаем радиатор.
Движущиеся радиаторы полагаются на сам материал радиатора, который перемещается через теплообменник в космос, чтобы отвести тепло, а затем обратно внутрь.2 оценки. Однако движущихся частей гораздо больше, а излучающие поверхности составляют лишь часть объема, занимаемого радиаторами. Если не будут использованы очень легкие материалы, опорная конструкция сведет на нет массовое преимущество такого радиатора.

От высокой границы

В диско-барабанной конструкции теплообменник имеет форму барабана, катящегося по излучающему диску. Радиатор hoola-hoop представляет собой большой диск, удерживаемый на кончике барабанным теплообменником.

Шлевки ремня держатся ребром к солнцу.Угловые петли будут меньше страдать от повторного поглощения излучаемого тепла на внутренних поверхностях, что более важно при более высоких рабочих температурах.

Если колесо или петля заменяется гибким ремнем или ремнем с гусеничной связью, его можно заставить двигаться по разным путям. «Радиатор с поясной петлей» может приблизить радиатор к космическому кораблю и снизить прочность конструкции, необходимую для выдерживания ускорений или вибраций.

Конфигурация проволочной петли использует черные углеродные волокна в качестве излучающей поверхности.Они выбрасываются из теплообменника и удерживаются на месте центростремительной силой. Использование материалов с высокой прочностью на разрыв позволяет создавать чрезвычайно легкие петли.

С высокой границы. Для изготовления проволоки используются углеродные нанотрубки.

Ролики могут направлять провода вместо центростремительной силы, тем самым становясь еще более легкой версией ленточного радиатора. Потребуются материалы с высокой прочностью на разрыв, поскольку это позволяет роликам и двигателям удерживать провода под натяжением, чтобы предотвратить их скольжение или спутывание.

Радиатор с вращающимся диском – это подвижный радиатор, центральным компонентом которого является вращающийся диск. На ступицу разбрызгивается охлаждающая жидкость. Поверхностное натяжение жидкости с низким давлением пара заставляет ее растекаться в тонкую, ровную пленку по диску. При вращении диска центростремительная сила заставляет пленку течь по мере охлаждения к желобам коллектора на краях. В этой конфигурации не используются тяжелые тепловые трубы и радиаторные насосы, но требуется использование жидкостей с очень низким давлением пара.Диск можно наклонять внутрь, наружу или наклонять, чтобы справиться с ускорением космического корабля.

Радиаторы с пузырьковой мембраной представляют собой трехмерную версию вращающегося дискового радиатора. Горячая охлаждающая жидкость разбрызгивается на надутую мембрану, в результате чего она растекается в виде тонкой пленки, которая очень эффективно теряет тепло. Вращение мембраны заставляет жидкую пленку собираться на экваторе пузыря, где она собирается и перерабатывается.
Преимущества включают возможность использования охлаждающих жидкостей с высоким давлением пара и очень легкую конструкцию.К недостаткам относится необходимость содержать пары высокого давления в контейнере, который должен оставаться легким и прозрачным.

Электрические радиаторы
В упомянутых до сих пор конструкциях используются физические конструкции для удержания радиаторов на месте. Это накладывает некоторые ограничения, такие как необходимость оставаться в пределах температурных пределов опорных конструкций, а для более крупных радиаторов требуется тяжелая опора, чтобы выдерживать даже легкие ускорения.
Решением было бы использовать магнитные силы для удержания радиаторов на месте.Сильный магнит может заменить физические опорные конструкции для значительной экономии массы.

Примеры таких радиаторов включают радиатор с флюсовыми выводами. Магнитные поля удерживают твердые компоненты радиатора на месте. Теплопроводящие ленты передают тепло к магнитным компонентам.
Однако есть сложности. Большинство металлов теряют свои магнитные свойства при нагревании, становясь совершенно нечувствительными к магнитным полям выше точки Кюри.Требуется тщательный выбор используемых материалов и контроль температуры.

Радиатор с точкой Кюри работает примерно при температуре, при которой частицы металлической пыли теряют свой магнетизм. Железо, например, теряет ферромагнетизм при 1043К.
В радиаторе с точкой Кюри используются металлические опилки или даже капли жидкости. Они нагреваются до температуры выше точки Кюри и выбрасываются в космос, подальше от космического корабля. Магнитное поле есть, но оно не влияет на них.Железо может выделяться при температуре до 3134К и собираться при 1043К, но кобальт имеет температуру Кюри до 1388К, он естественно черный и кипит при 3400К, что делает его лучшим хладагентом. Небольшой размер частиц или капель жидкости позволяет излучать несколько мегаватт отработанного тепла на квадратный метр.

Как только частицы охлаждаются ниже точки Кюри, они восстанавливают свой ферромагнетизм. На них начинает действовать магнитное поле, и они возвращаются к космическому кораблю для сбора.
Магнитные радиаторы – отличное решение для боевых повреждений – в худшем случае противник нарушит охлаждение на несколько секунд. Однако они потребляют много энергии и требуют тяжелого оборудования для создания сильных магнитных полей. Любое неожиданное ускорение или толчок космического корабля может рассеять весь материал, удерживаемый на месте магнитными полями.
Альтернативный электрический радиатор использует электростатические силы для удержания заряженных частиц на месте. Одним из примеров является пылевой радиатор, заряженный ETHER.Заряженные частицы движутся по силовым линиям и совершают эллиптические орбиты между теплообменником и точкой сбора. Подобно радиатору с жидкими каплями, заряженные частицы могут механически диспергироваться и эффективно собираться на другом конце с помощью ложек с противоположным зарядом.

Преимущество электростатических излучателей заключается в том, что они потребляют меньше энергии, поскольку создать сильный дифференциал зарядов легче, чем расширять сильное магнитное поле. Оборудование легче и менее чувствительно к изменениям температуры, поскольку не используется сверхпроводящее или криогенное оборудование, а заряженные частицы могут удерживать заряд при большей разнице температур, чем они могут сохранять свои магнитные свойства.
Однако заряд, переносимый частицами, может быть сведен на нет естественным солнечным ветром или при контакте с проводником. Это означает, что им нужен чистый короткий путь между теплообменником и точкой сбора.

Жидкокапельные радиаторы
Жидкокапельные радиаторы не используют никаких излучающих поверхностей – они подвергают охлаждающую жидкость непосредственно воздействию вакуума. Полученные капли имеют невероятную площадь поверхности для своей массы, что обеспечивает быстрое охлаждение и чрезвычайно низкую поверхностную плотность.

Поскольку охлаждающую жидкость не нужно физически удерживать, ее можно нагреть до очень высоких температур и при этом очень быстро остыть. Для жидкостей нет ограничений по термическому напряжению, поэтому изменение температуры может быть сколь угодно резким или быстрым. Им не обязательно сохранять магнитные свойства или держать заряд. Этот калькулятор может дать приблизительное представление о производительности LDR. При 1300K и использовании капель размером 50 микрометров (мелкодисперсный туман) поверхностная плотность может составлять всего 0.2. Не включает массу теплообменника, каплеуловителя и коллектора.

Уже разработаны решения для таких проблем, как капли, сдуваемые солнечным ветром, сталкиваясь и сливаясь в более крупные капли или перемещаясь с разными скоростями внутри слоя капель.
Давление пара по-прежнему вызывает беспокойство – горячие жидкости в вакууме быстро испаряются. Необходимо использовать специальные охлаждающие жидкости с низким давлением пара, такие как жидкий галлий, алюминий или олово до 1200K, литий до 1500K.Посолить эти жидкости таким материалом, как графитовая «крошка» или покрыть их черными чернилами, необходимо для достижения высокого коэффициента излучения. Наножидкости могут позволить использовать жидкости даже с более высокими температурами. Достижение более высоких температур означает принятие высоких скоростей потерь теплоносителя или заключение излучающего объема в мембрану, которая конденсирует и собирает пары. Мембрана должна быть прозрачной при температурах излучения.
Капли в радиаторе с жидкими каплями должны быть расположены равномерно и на расстояниях, намного превышающих диаметр капли – это необходимо для предотвращения значительных потерь между отражениями.
Варианты жидкокапельных радиаторов в основном связаны с ограничением и направлением потока охлаждающей жидкости между точками выброса и сбора.
Прямоугольный LDR имеет каплеуловитель и коллектор одинаковой длины. Коллекторный рычаг можно сделать шире эмиттера для улавливания капель, отклонившихся от их траектории из-за неожиданных движений или ошибок в формировании капель. Можно было бы перемещать коллектор выше и ниже плоскости капли, чтобы перехватывать капли, когда космический корабль ускоряется, так как это приведет к отклонению листа капли от плоскости.

Дизайн ICAN-II с прямоугольными жидкокапельными радиаторами.

Треугольный LDR экономит массу за счет использования маленькой коллекторной тарелки вместо длинного плеча. Однако он менее способен улавливать отклоняющиеся капли или компенсировать ускорение космического корабля.

Треугольные варианты LDR

Некоторые конструкции LDR избавляются от длинных плеч и мембран, а вместо этого просто распыляют капли в космос.Импульс капель заставляет их следовать по траекториям, которые возвращают их обратно к коллекторам. Фонтан LDR стреляет каплями перед ускоряющимся космическим кораблем. Как только они остынут, их собирают. Этот метод диспергирования капель позволяет получить максимально легкие конструкции, но при этом существует риск потери капель.

Капли падают с «передней части» космического корабля и попадают в коллекторные рукава в средней части.

Он лучше всего работает с космическими кораблями, которые плавно ускоряются в течение длительных периодов времени, например, с ядерно-электрическими кораблями на межпланетных траекториях.LDR для душа рассеивает капли перед космическим кораблем, а коллекторы просто собирают их, как черпак. У него меньший риск рассеивания капель, чем у фонтанного LDR, но для него требуется длинная насадка для душа.
Мембраны под давлением могут быть дополнением к любому жидкокапельному радиатору. Они заключают в себе объем, через который проходят капли. Преимущества включают повторную конденсацию паров из слишком горячих капель, улавливание случайных капель, обеспечение более высокой скорости капель и большую устойчивость к нестабильности капельного слоя.Однако они должны оставаться прозрачными для всех длин волн, на которых излучаются капли, и удерживать давление паров газа. Это конкурирующие требования: поглощение на малых длинах волн достигается с помощью очень тонких мембран, в то время как высокое давление требует толстых мембран.

Радиаторы Advanced

Сфокусированные LDR с магнитной накачкой:

Магнитно фокусируется коллекторным соплом.

Феррожидкости при низких температурах и жидкий металл при высоких температурах могут использоваться в качестве хладагента в жидкокапельных радиаторах.Они реагируют на вихревые токи и магнитные поля, позволяя перекачивать хладагент без каких-либо движущихся частей посредством магнитогидродинамики.
Магнитные поля также можно использовать для восстановления капельного листа. Циклические поля могут толкать и тянуть группу капель на расстояния, пропорциональные напряженности поля. Поля высокой напряженности могут позволить каплям простираться на несколько десятков метров, прежде чем они будут восстановлены. Они также позволят LDR компенсировать свою уязвимость к рассеянию и потере капель при ускорении космического корабля, удерживая капли на месте.
Вместе LDR может стать чрезвычайно легким для занимаемой площади, так как никакая физическая опорная конструкция не должна перекрывать его длину.
Газовые хладагенты:
Мы рассматривали твердые и жидкие хладагенты в качестве хладагентов. Также можно использовать газы.
Газовые теплоносители уже используются в ядерных реакторах. Двуокись углерода и гелий были выбраны, поскольку они инертны и поддерживают более высокие температуры, чем вода или натриевые охлаждающие жидкости.
В космосе главное преимущество газового хладагента заключается в том, что он может работать при гораздо более высоких температурах, чем жидкий или твердый хладагент.Тот же газ можно было запустить из ядерного реактора в трубы радиатора и обратно. Это также позволяет использовать надувные конструкции для радиаторов, которые могут быть намного легче, чем их жесткие аналоги.

Радиаторы с надувными ребрами.

Радиаторы с несколькими выдвижными ребрами.

Надувные мешки проще и прочнее раскатывающихся плавников, но имеют меньшую площадь поверхности.

Однако есть ограничения и сложности. Горячий газ под давлением может быть очень химически активным.Хотя вы можете нагреть газ до температуры 3000K +, стенки труб, содержащих газ, также должны выдерживать эти температуры. Многие из сбережений массы, которые достигаются при эксплуатации радиатора при высоких температурах, теряются на попытки удержать газовый хладагент и выжить. Например, для перекачки газа требуется гораздо больше энергии на 1 кг перемещенного газа, чем для перекачки жидкости.
Другая трудность – очень низкая скорость теплопередачи между теплообменником и газом. Горячий газ с низкой плотностью, такой как нагретый гелий, может иметь теплопроводность в сотни раз ниже, чем жидкость, подобная расплавленному натрию.Это приводит к трудностям как на границе теплообмена, так и на границе излучающей поверхности.
Многие из этих проблем могут быть решены с помощью двухфазного контура охлаждающей жидкости, то есть он проводит часть своего времени как жидкость, а часть – как газ. До теплообменника охлаждающая жидкость находится в жидком виде. Он течет по трубкам с помощью простых насосов. Теплообменник разделен на множество труб меньшего размера, чтобы увеличить площадь контакта между теплообменником и хладагентом.
За теплообменником охлаждающая жидкость расширяется.Падение давления позволяет ему закипеть в газ. Этот газ проходит через объем, закрытый герметичной мембраной. Благодаря сочетанию декомпрессии при расширении и закона Стефана-Больцмана газ быстро охлаждается и конденсируется на стенках мембраны. Это образует тонкую пленку в условиях микрогравитации, которая может быть направлена к точкам сбора, где жидкость перекачивается обратно в теплообменник.
Пылевой плазменный излучатель:
В этом излучателе используется проводящая плазма, управляемая магнитными полями, для перемещения и управления частицами пыли.

Частицы пыли, взвешенные в плазме, ведут себя удивительным образом, и их все еще обнаруживают в области исследований пылевой плазмы. Интересные варианты поведения включают самоорганизацию в квазикристаллическую структуру, построение мостиков, похожих на нити ДНК, через плазму или сбор в диски с пустыми центрами. Все это происходит из-за самоотталкивающих зарядов, которые частицы пыли получают внутри плазмы.

Лучшее понимание этого поведения может позволить радиатору сочетать в себе все полезные характеристики: широкий диапазон рабочих температур, очень низкую массу на квадратный метр, легкость манипулирования электромагнитными и электростатическими силами, низкую уязвимость к повреждениям и способность выдерживать сильные ускорения.
Плазма может быть довольно холодной и по-прежнему служить для манипулирования частицами пыли. Низкотемпературная плазма безопасна для манипуляций и довольно прозрачна для длин волн, на которых будут излучать частицы пыли, а это означает, что она не нагревается и не уносится тепловым расширением.
В простом пылевом плазменном излучателе плазма была бы захвачена магнитными петлями, такими как корональные петли. По этим плазменным трубкам двигалась пыль. Более совершенные пылевые плазменные излучатели будут распылять частицы пыли в плазму и заставлять ее самоорганизовываться в тонкие плоскости для получения максимальной площади излучающей поверхности.Простое изменение состояния ионизации частиц путем пропускания электрического тока через плазму позволило бы пыли слипаться вместе и следовать линиям магнитного поля прямо обратно к коллектору.

% PDF-1.7 % 1 0 obj> эндобдж 2 0 obj> эндобдж 3 0 obj> / Метаданные 103 0 R / Контуры 762 0 R / Страницы 6 0 R / StructTreeRoot 327 0 R / Viewer Настройки 634 0 R >> эндобдж 4 0 obj> эндобдж 5 0 obj> эндобдж 6 0 obj> эндобдж 7 0 obj> эндобдж 8 0 obj> эндобдж 9 0 obj> эндобдж 10 0 obj> / MediaBox [0 0 595.2 841.8] / Parent 6 0 R / Resources> / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / XObject >>> / StructParents 0 / Tabs / S >> эндобдж 11 0 obj> эндобдж 12 0 obj> эндобдж 13 0 obj> эндобдж 14 0 obj> эндобдж 15 0 obj> эндобдж 16 0 obj> эндобдж 17 0 obj> эндобдж 18 0 obj> эндобдж 19 0 obj> эндобдж 20 0 obj> эндобдж 21 0 obj> эндобдж 22 0 obj> эндобдж 23 0 obj> эндобдж 24 0 obj> эндобдж 25 0 obj> эндобдж 26 0 obj> / BS> / F 4 / Rect [152,74 33,95 249.76 47.749] / Подтип / Ссылка >> эндобдж 27 0 obj> эндобдж 28 0 obj> эндобдж 29 0 obj> эндобдж 30 0 obj> эндобдж 31 0 объект> эндобдж 32 0 obj> эндобдж 33 0 obj> эндобдж 34 0 obj> эндобдж 35 0 obj> эндобдж 36 0 obj> эндобдж 37 0 obj> эндобдж 38 0 obj> эндобдж 39 0 obj> эндобдж 40 0 obj> эндобдж 41 0 объект> эндобдж 42 0 obj> эндобдж 43 0 obj> эндобдж 44 0 obj> эндобдж 45 0 obj> эндобдж 46 0 obj> эндобдж 47 0 obj> эндобдж 48 0 obj> эндобдж 49 0 obj> эндобдж 50 0 obj [53 0 R] эндобдж 51 0 obj> эндобдж 52 0 obj> эндобдж 53 0 obj> эндобдж 54 0 obj> эндобдж 55 0 obj> эндобдж 56 0 obj> эндобдж 57 0 obj> эндобдж 58 0 obj> эндобдж 59 0 obj> эндобдж 60 0 obj> эндобдж 61 0 объект> эндобдж 62 0 obj> эндобдж 63 0 obj> эндобдж 64 0 obj> эндобдж 65 0 obj [68 0 R] эндобдж 66 0 obj> эндобдж 67 0 obj> эндобдж 68 0 obj> эндобдж 69 0 obj> эндобдж 70 0 obj> эндобдж 71 0 объект> эндобдж 72 0 obj> эндобдж 73 0 obj> эндобдж 74 0 obj> эндобдж 75 0 obj> эндобдж 76 0 obj> эндобдж 77 0 obj> эндобдж 78 0 obj> эндобдж 79 0 obj> эндобдж 80 0 obj> эндобдж 81 0 объект> эндобдж 82 0 объект> эндобдж 83 0 obj> эндобдж 84 0 obj> эндобдж 85 0 объект> / MediaBox [0 0 595.> jG` => s) k} U; 뾃

Биполярный транзистор с гетеропереходом (HBT)

Биполярный транзистор с гетеропереходом (HBT)

Биполярные транзисторы с гетеропереходом (HBT) представляют собой тип биполярных транзисторов, в которых эмиттерный переход обычно предполагает структуру гетероперехода, то есть используется материал с широкополосным зазором в области эмиттера и узкой полосой – материалы зазора используются для области базы. Они составляют основу для использования различных полупроводниковых материалов как для эмиссионной, так и для коллекторной основы.Биполярный гетеропереходный транзистор, или H BT, привлек большое внимание благодаря своей способности использовать очень быстрые устройства и является одной из самых многообещающих технологий для использования в электронных устройствах. [Источники: 0, 1, 3, 5]

Поскольку биполярные транзисторы имеют материальную структуру, они могут создавать инверсные искажения коллекторного перехода. Предполагается, что биполярный транзистор не поврежден, а коэффициент усиления по току можно уменьшить без повреждения транзистора. При анализе и проектировании схем биполярных транзисторов следует отметить, что обратное смещение HBT (или любого другого транзистора с гетеропереходом) не может быть превышено.Обратные искажения не должны быть слишком большими, иначе токи будут слишком высокими, а коэффициент усиления по току будет слишком низким, что приведет к повреждению транзистора. [Источники: 1]

Если соединение эмиттера биполярного транзистора имеет обратное смещение, которое превышает допустимый диапазон, но не ограничивает ток через транзистор, может произойти лавина, не повредив устройство. Если отверстия не начнут выходить из базы, напряжение насыщения будет ниже, чем у биполярных транзисторов с гомопереходом, и напряжение будет подаваться как на базу, так и на эмиттер.[Источники: 1, 5]

Для повышения плотности интеграции в транзисторах с гетеропереходом был предложен затвор I2-L. Это изобретение направлено против энергетической зоны гетеропереходов, на которую влияет выбор самого материала. Обычно это связано с тем, что такие гетеропереходные транзисторы имеют градуированную запрещенную зону, которая может находиться между базой эмиттера и коллектором. [Источники: 2, 3, 5]

Если два PN перехода биполярного транзистора смещены в прямом направлении, транзистор находится в области отсечки, а не в области насыщения.Однако, если биполярные транзисторы смещены назад (смещены вперед), транзисторы также выходят за пределы диапазона насыщения, а в диапазонах насыщения верно обратное. [Источники: 1]

Если поменять местами напряжения смещения, упомянутые выше, биполярные транзисторы работают как в диапазоне отсечки, так и в диапазоне насыщения. [Источники: 1]

В аналоговых устройствах на параметры биполярного транзистора влияет параметр биполярных транзисторов, но в разной степени. Эти параметры могут учитывать эффект Тивари [11] и мягкое колено, наблюдаемое в случае ISB – NB, которые учитываются тепловой эквивалентной схемой, смоделированной на основе теплового эволюционного уравнения, как показано в модели AgilentHBT [ 12].Поскольку «мягкое колено» служит основой для расчета ISB и NB, мы можем использовать те же параметры, что и аналоговое устройство, такие как температура, напряжение, насыщение и отсечка. [Источники: 1, 4]

Электрический символ биполярного транзистора NPN показан справа, и переход пучка базы и переход коллектора находятся в состоянии прямого смещения, в то время как точка сбора коллектора базы находится в состоянии смещения назад. В условном обозначении биполярных транзисторов стрелка у «базы» или «эмиттера» указывает направление тока.Стрелка в «базе» (отправитель) указывает на радиаторы, а в «коллекторе» стрелки у основания и радиаторов указывают на токи. В результате их напряжение ниже, чем у биполярных транзисторов, что позволяет рассчитывать их выходные напряжения и прерывания в аналоговом устройстве. [Источники: 1, 3]

Следовательно, биполярные транзисторы следует отличать от транзисторов NPN с их двумя PN переходами и обратными напряжениями смещения. Поскольку биполярные транзисторы имеют два PN-транзистора, их напряжение обратного смещения может быть достаточным для предотвращения обратного пробоя P-N перехода.[Источники: 1]

Биполярный транзистор состоит из трех различных областей легированного полупроводника, которые определяются как верхняя, нижняя и специфичные для коллектора области биполярного транзистора PNP. Область общего коллектора интегрирована в нижнюю область, при этом транзистор работает как эмиттер верхнего типа. Биполярный транзистор состоит из одного PN-транзистора с тремя легирующими полупроводниками, каждый из которых отвечает за один из двух своих переходов и обратное напряжение смещения.В дополнение к двум областям легирования (вверху и внизу), P-NPipolar транзистор также состоит из второй зоны легирования (внизу) с его обратным напряжением смещения и обратным напряжением смещения. [Источники: 1, 3]

Как упоминалось выше, биполярный транзистор с гетеропереходом, который имеет два транзистора, один для проводящей полосы, а другой для полосы приемопередатчика, описывается как транзистор PNP. Следует понимать, что это изобретение не могло быть реализовано, потому что валентные зоны были бы выровнены и не было бы разницы в зонах проводимости.Если база коллектора полярного транзистора рассматривается как вход, двухпортовая сеть может быть проанализирована с помощью теоремы Тевенина. [Источники: 1, 5]

Источники:

[0]: https://www.nrl.navy.mil/estd/branches/6870/6876/HBT

[2]: https://www.google.com.na/patents/ US4794440

[3]: https://www.google.com/patents/US5329145

[4]: http: //literature.cdn.keysight.com / litweb / pdf / ads2008 / ccnld / ads2008 / AgilentHBT_Model_ (Agilent_Heterojunction_Bipolar_Transistor_Model) .html

[5]: https://www.google.com.gi/patents/US4821082

Расчет площади радиатора для транзистора: Расчёт радиаторов для транзисторов и микросхем. Онлайн калькулятор теплоотводов.

Расчёт радиаторов для транзисторов и микросхем. Онлайн калькулятор теплоотводов.

Простой расчет площади теплоотвода для мощных транзисторов и тиристоров — Меандр — занимательная электроника

Расчет площади радиатора для транзистора, тепловое сопротивление кристалл корпус

Простой расчет площади теплоотвода для мощных транзисторов и тиристоров

Расчет площади теплоотвода транзистора

Радиаторы для полупроводниковых приборов

Как рассчитать радиатор для транзистора

Онлайн расчёт площади радиаторов для транзисторов и микросхем.

Расчет теплоотвода (радиатора охлаждения) силового элемента (транзистора, диода, тиристора, стабилитрона)

Формула для расчета охлаждения силового элемента

Где взять данные для расчета?

Пример расчета отвода тепла от стабилитрона без радиатора

Онлайн расчет теплоотвода – радиатора

Онлайн расчет отвода тепла без радиатора

Несколько элементов на одном радиаторе.

Как рассчитать радиатор для транзистора

Как рассчитать радиатор для транзистора

Расчет тепловыделения MOSFET-а и подбор подходящего радиатора охлаждения

Часть 1: Расчет тепловыделения и радиатора при постоянном токе

Часть 2: Расчет тепловыделения MOSFET при ШИМ

2.2. Расчёт площади теплоотвода и числа параллельно включаемых транзисторов

Расчет радиаторов

Введение

Тепловые эквивалентные схемы

Рассеивание без радиатора

Калькулятор радиатора

Небольшие радиаторы, разработанные по индивидуальному заказу

Заключение

Библиография и дополнительная литература

Температура перехода ＜ Расчет температуры кристалла транзистора ＞ | Основы электроники

Как рассчитать температуру перехода (по температуре окружающей среды)

Переходное термическое сопротивление

Метод расчета температуры перехода (от температуры корпуса)

Тепловое сопротивление перехода к корпусу Rth (j-c) – подробные сведения

Термическое сопротивление стандартных корпусов (справочные данные)

Силовые транзисторы и радиаторы

Силовые транзисторы

Мощность и температура

Понижение мощности

Рис 5.1.2 График снижения мощности для TIP31

Радиаторы

Рис. 5.1.3 Радиаторы

Выбор подходящего радиатора

Рис. 5.1.4 Установка радиатора TO220

Типичный R

Расчет необходимого теплового сопротивления R

Параллельные транзисторы для приложений большой мощности

Рис. 5.1.5 Силовые транзисторы, подключенные параллельно

Термический побег

Определение размеров радиаторов с помощью нескольких простых уравнений

Допущения при проектировании радиатора

Расчет естественной конвекции

Радиационные расчеты

Расчет радиатора

Радиаторы тепла – Атомные ракеты

Биполярный транзистор с гетеропереходом (HBT)

Больше новостей

Добавить комментарий Отменить ответ