Cum se calculează caloriferul pentru un tranzistor

Adesea, atunci când proiectăm un dispozitiv puternic pe tranzistoarele de putere sau recurgem la utilizarea unui redresor puternic în circuit, ne confruntăm cu o situație în care este necesar să disipăm multă energie termică, măsurată în unități și, uneori, zeci de wați.

De exemplu, tranzistorul FGA25N120ANTD IGBT de la Fairchild Semiconductor, dacă este instalat corect, este capabil să furnizeze aproximativ 300 de wați de energie termică prin șasiu la temperatura sa de 25 ° C! Și dacă temperatura carcasei sale este de 100 ° C, atunci tranzistorul va putea să dea 120 de wați, ceea ce este, de asemenea, destul de mult. Dar, pentru ca cazul tranzistorului, în principiu, să poată produce această căldură, este necesar să-i asigurăm condiții adecvate de lucru, astfel încât să nu se ardă înainte de timp.

Toate întrerupătoarele de alimentare sunt emise în astfel de cazuri, care pot fi ușor instalate pe un radiator extern - un radiator. Mai mult, în majoritatea cazurilor, suprafața metalică a cheii sau a unui alt dispozitiv din carcasa de ieșire este conectată electric la unul dintre bornele acestui dispozitiv, de exemplu, la un colector sau la scurgerea unui tranzistor.

Deci, sarcina radiatorului este aceea de a păstra tranzistorul și, în principal, tranzițiile sale de lucru, la o temperatură care nu depășește valoarea maximă admisă.

Dacă este cazul tranzistor de siliciu complet metalic, atunci temperatura maximă tipică este de aproximativ 200 ° C, dacă cazul este din plastic, atunci 150 ° C. Puteți găsi cu ușurință date despre temperatura maximă pentru un anumit tranzistor în fișa tehnică. De exemplu, pentru FGA25N120ANTD este mai bine dacă temperatura sa nu depășește 125 ° C.

Cunoscând toți parametrii termici de bază, este ușor să alegeți un calorifer adecvat. Este suficient să afli temperatura ambientală maximă în care va funcționa tranzistorul, puterea pe care tranzistorul va trebui să o disipeze, apoi să calculezi temperatura de tranziție a tranzistorului, ținând cont de rezistențele termice ale conexiunilor carcasei de cristal, crocus-radiator, radiator-mediu, după care rămâne să alegi un radiator , cu care temperatura tranzistorului va fi cel puțin puțin mai mică decât valoarea maximă admisă.

Cel mai important parametru în selectarea și calculul radiatorului este rezistența termică. Este egal cu raportul dintre diferența de temperatură pe suprafața contactului termic în grade cu puterea transmisă.

Când se transferă căldura prin procesul de conducere a căldurii, rezistența termică rămâne constantă, care nu depinde de temperatură, ci depinde doar de calitatea contactului termic.

Dacă există mai multe tranziții (contacte termice), atunci rezistența termică a tranziției, constând din mai multe conexiuni în serie, va fi egală cu suma rezistențelor termice ale acestor compuși.

Așadar, dacă tranzistorul este montat pe un radiator, atunci rezistența termică totală în timpul transferului de căldură va fi egală cu suma rezistențelor termice: carcasă de cristal, radiator de caz, radiator-mediu. În consecință, temperatura cristalului este în acest caz conform formulei:

Ca exemplu, luăm în considerare cazul când trebuie să selectăm un radiator pentru două tranzistoare FGA25N120ANTD, care să funcționeze într-un circuit convertor push-pull, fiecare tranzistor disipând 15 wați de putere termică, care trebuie transferați în mediu, adică din cristale de tranzistoare printr-un calorifer - la aer.

Deoarece există două tranzistoare, mai întâi găsim un radiator pentru un tranzistor, după care luăm doar un calorifer cu o suprafață de transfer de căldură de două ori mai mare, cu jumătate de rezistență termică (vom folosi garnituri izolatoare).

Lăsați dispozitivul nostru să funcționeze la o temperatură ambientală de 45 ° C Lăsați temperatura cristalului să nu fie mai mare de 125 ° C. În fișa tehnică, vedem că pentru dioda încorporată rezistența termică a carcasei cristalului este mai mare decât rezistența termică a carcasei cristalului direct IGBT și este egală cu 2 ° C / W. Această valoare va fi luată în considerare ca rezistență termică a carcasei cristalului.

Rezistența termică a garniturii termoizolante este de aproximativ 0,5 ° C / W - aceasta va fi rezistența termică a radiatorului de caz. Acum, cunoscând puterea disipată, temperatura maximă a cristalului, temperatura maximă a mediului, rezistența termică a carcasei cristalului și rezistența termică a carcasei-caloriferului, găsim rezistența termică necesară a mediatorului radiatorului.

Deci, trebuie să alegem un radiator, astfel încât rezistența termică a caloriferului să fie obținută în aceste condiții de 2,833 ° C / W sau mai puțin. Și la ce temperatură în acest caz caloriferul se supraîncălzește în comparație cu mediul?

Luați rezistența termică găsită la limita caloriferului-mediu și înmulțiți cu puterea disipată, de exemplu, 15 watt. Supraîncălzirea va fi de aproximativ 43 ° C, adică temperatura radiatorului va fi de aproximativ 88 ° C. Deoarece vor exista două tranzistoare în circuitul nostru, va fi necesar să disipați de două ori mai mult puterea, ceea ce înseamnă că aveți nevoie de un calorifer cu o rezistență termică jumătate mai mică, adică 1,4 ° C / W sau mai puțin.

Dacă nu aveți posibilitatea de a alege un calorifer cu rezistența termică găsită, atunci puteți utiliza metoda empirică veche bună - consultați programul din cartea de referință. Cunoscând diferența de temperatură între mediu și radiator (de exemplu, 43 ° C), cunoscând puterea disipată (de exemplu, pentru două tranzistoare - două de 15 W fiecare), găsim aria caloriferului necesar, adică zona totală de contact a radiatorului cu aerul ambiental (pentru un exemplu - două de 400 cm2).

Vezi și pe acest subiect:Inch * degree / watt - care este acest parametru al radiatorului?