Hoe de radiator voor een transistor te berekenen

Bij het ontwerpen van een krachtig apparaat op vermogenstransistors of bij het gebruik van een krachtige gelijkrichter in het circuit, worden we vaak geconfronteerd met een situatie waarin het nodig is om veel thermisch vermogen te dissiperen, gemeten in eenheden en soms tientallen watt.

De FGA25N120ANTD IGBT-transistor van Fairchild Semiconductor is bijvoorbeeld theoretisch in staat om ongeveer 300 watt thermisch vermogen door het chassis te leveren bij een chassistemperatuur van 25 ° C! En als de temperatuur van de behuizing 100 ° C is, kan de transistor 120 watt geven, wat ook behoorlijk veel is. Maar om de transistorbehuizing in principe in staat te stellen deze warmte te geven, is het noodzakelijk om hem te voorzien van de juiste werkomstandigheden zodat deze niet van tevoren doorbrandt.

Alle stroomschakelaars worden uitgegeven in dergelijke gevallen die gemakkelijk kunnen worden geïnstalleerd op een extern koellichaam - een radiator. Bovendien is in de meeste gevallen het metalen oppervlak van de sleutel of een ander apparaat in de uitvoerbehuizing elektrisch verbonden met een van de klemmen van dit apparaat, bijvoorbeeld met de collector of met de afvoer van de transistor.

De taak van de radiator is dus juist om de transistor, en vooral zijn werkende overgangen, op een temperatuur te houden die de maximaal toegestane temperatuur niet overschrijdt.

Als het geval silicium transistor volledig metaal, dan is de typische maximale temperatuur ongeveer 200 ° C, als de behuizing van kunststof is, dan 150 ° C U kunt eenvoudig gegevens over de maximale temperatuur voor een bepaalde transistor in het gegevensblad vinden. Voor FGA25N120ANTD is het bijvoorbeeld beter als de temperatuur ervan 125 ° C niet overschrijdt.

Als u alle thermische basisparameters kent, kunt u eenvoudig een geschikte radiator kiezen. Het is voldoende om de maximale temperatuur van de omgeving waarin de transistor zal werken te achterhalen, het vermogen dat de transistor zal moeten dissiperen en vervolgens de overgangstemperatuur van de transistor te berekenen, rekening houdend met de thermische weerstanden van de kristalbehuizing, crocus-radiator, radiator-omgevingsverbindingen, waarna het blijft om een ​​radiator te kiezen , waarmee de temperatuur van de transistor minimaal iets lager zal zijn dan de maximaal toegestane.

De belangrijkste parameter bij de selectie en berekening van de radiator is de thermische weerstand. Het is gelijk aan de verhouding tussen het temperatuurverschil op het oppervlak van het thermische contact in graden en het uitgezonden vermogen.

Wanneer warmte wordt overgedragen via het warmtegeleidingsproces, blijft de thermische weerstand constant, wat niet afhankelijk is van de temperatuur, maar alleen van de kwaliteit van het thermische contact.

Als er meerdere overgangen (thermische contacten) zijn, dan is de thermische weerstand van de overgang, bestaande uit meerdere opeenvolgende verbindingen, gelijk aan de som van de thermische weerstanden van deze verbindingen.

Dus als de transistor op een radiator is gemonteerd, is de totale thermische weerstand tijdens warmteoverdracht gelijk aan de som van thermische weerstanden: kristalbehuizing, kastradiator, radiatoromgeving. Dienovereenkomstig is de kristaltemperatuur in dit geval volgens de formule:

Neem bijvoorbeeld het geval wanneer we een radiator voor twee transistors FGA25N120ANTD moeten selecteren, die werkt in een push-pull convertercircuit, waarbij elke transistor 15 watt thermisch vermogen dissipeert, dat moet worden overgedragen naar de omgeving, d.w.z. kristallen van transistors door een radiator - naar lucht.

Omdat er twee transistoren zijn, vinden we eerst een radiator voor één transistor, waarna we gewoon een radiator nemen met twee keer zoveel warmteoverdrachtsgebied, met half zoveel thermische weerstand (we zullen isolerende pakkingen gebruiken).

Laat ons apparaat werken bij een omgevingstemperatuur van 45 ° C. Laat de kristaltemperatuur niet hoger dan 125 ° C worden gehouden In de datasheet zien we dat voor de ingebouwde diode de thermische weerstand van de kristalbehuizing groter is dan de thermische weerstand van de kristalbehuizing direct IGBT, en deze is gelijk aan 2 ° C / W. Deze waarde zal in aanmerking worden genomen als de thermische weerstand van de kristalbehuizing.

De thermische weerstand van de siliconen isolerende pakking is ongeveer 0,5 ° C / W - dit zal de thermische weerstand van de radiator van de behuizing zijn. Nu, wetende het gedissipeerde vermogen, de maximale temperatuur van het kristal, de maximale omgevingstemperatuur, de thermische weerstand van de kristallen behuizing en de thermische weerstand van de behuizing-radiator, vinden we de noodzakelijke thermische weerstand van de radiator-omgeving.

We moeten dus een radiator kiezen zodat de thermische weerstand van de radiatoromgeving wordt verkregen onder de gegeven omstandigheden van 2.833 ° C / W of minder. En tot welke temperatuur wordt in dit geval de radiator oververhit ten opzichte van de omgeving?

Neem de gevonden thermische weerstand bij de grens van de radiator-omgeving en vermenigvuldig met het gedissipeerde vermogen, bijvoorbeeld 15 watt. Oververhitting zal ongeveer 43 ° C zijn, d.w.z. de temperatuur van de radiator zal ongeveer 88 ° C zijn. Omdat er twee transistoren in ons circuit zijn, is het nodig om het vermogen twee keer zoveel te dissiperen, wat betekent dat u een radiator nodig hebt met een thermische weerstand die half zo klein is, dat wil zeggen 1,4 ° C / W of minder.

Als u niet de mogelijkheid hebt om een ​​radiator te kiezen met de gevonden thermische weerstand, kunt u de goede oude empirische methode gebruiken - raadpleeg het schema in het referentieboek. Wetende het temperatuurverschil tussen de omgeving en de radiator (voor ons voorbeeld 43 ° C), wetende het gedissipeerde vermogen (voor ons voorbeeld voor twee transistors - twee van 15 W elk), vinden we het benodigde radiatoroppervlak, dat wil zeggen het totale contactoppervlak van de radiator met de omgevingslucht (voor onze een voorbeeld - twee van 400 cm2).

Zie ook over dit onderwerp:Inch * graden / watt - wat is deze radiatorparameter?