Jak vypočítat chladič pro tranzistor

Při návrhu výkonného zařízení na výkonových tranzistorech nebo při použití výkonného usměrňovače v obvodu se často setkáváme se situací, kdy je nutné rozptýlit velké množství tepelné energie, měřeno v jednotkách a někdy i desítky wattů.

Například tranzistor FGA25N120ANTD IGBT společnosti Fairchild Semiconductor, je-li správně nainstalován, je teoreticky schopen dodávat kolem 300 tepelných výkonů skrz jeho podvozek při teplotě podvozku 25 ° C! A pokud je teplota jeho pouzdra 100 ° C, pak tranzistor bude schopen dát 120 wattů, což je také docela dost. Aby však mohl tranzistorový skříň v zásadě poskytnout toto teplo, je nutné mu poskytnout správné pracovní podmínky, aby se předem nevypálil.

Všechny výkonové spínače jsou vydávány v takových případech, které lze snadno instalovat na externí chladič - radiátor. Kromě toho je ve většině případů kovový povrch klíče nebo jiného zařízení ve výstupní skříni elektricky připojen k jedné ze svorek tohoto zařízení, například ke kolektoru nebo k odtoku tranzistoru.

Úkolem radiátoru je tedy přesně udržovat tranzistor, a zejména jeho pracovní přechody, při teplotě nepřesahující maximální přípustnou hodnotu.

Pokud tomu tak je křemíkový tranzistor zcela kovový, pak je typická maximální teplota přibližně 200 ° C, pokud je pouzdro plastové, pak 150 ° C. V datovém listu můžete snadno najít údaje o maximální teplotě konkrétního tranzistoru. Například pro FGA25N120ANTD je lepší, pokud jeho teplota nepřesáhne 125 ° C.

Po znalosti všech základních tepelných parametrů je snadné zvolit vhodný radiátor. Stačí zjistit maximální teplotu prostředí, ve kterém bude tranzistor pracovat, sílu, kterou tranzistor bude muset rozptýlit, a poté vypočítat teplotu přechodu tranzistoru s ohledem na tepelné odpory spojení krystalu, crocus-radiator, radiator-environment, po kterém zbývá zvolit radiátor , s níž bude teplota tranzistoru alespoň o něco nižší než maximální dovolená teplota.

Nejdůležitějším parametrem při výběru a výpočtu radiátoru je tepelný odpor. Rovná se poměru teplotního rozdílu na povrchu tepelného kontaktu ve stupních k přenášenému výkonu.

Při přenosu tepla procesem tepelného vedení zůstává tepelný odpor konstantní, který nezávisí na teplotě, ale závisí pouze na kvalitě tepelného styku.

Pokud existuje několik přechodů (tepelné kontakty), bude tepelný odpor přechodu, sestávající z několika po sobě jdoucích sloučenin, roven součtu tepelných odporů těchto sloučenin.

Pokud je tedy tranzistor namontován na radiátoru, bude celkový tepelný odpor během přenosu tepla roven součtu tepelných odporů: krystalický případ, radiátor případu, prostředí radiátoru. Podle toho je teplota krystalu v tomto případě podle vzorce:

Jako příklad vezměte v úvahu případ, kdy potřebujeme vybrat radiátor pro dva tranzistory FGA25N120ANTD, který bude pracovat v obvodu push-pull konvertoru, přičemž každý tranzistor rozptyluje 15 wattů tepelné energie, která musí být přenesena do okolí, tj. Od krystaly tranzistorů skrz radiátor - do vzduchu.

Protože existují dva tranzistory, nejprve najdeme radiátor pro jeden tranzistor, po kterém prostě vezmeme radiátor s dvojnásobkem plochy pro přenos tepla, s polovičním tepelným odporem (použijeme izolační těsnění).

Nechte naše zařízení pracovat při okolní teplotě 45 ° C. Nechte teplotu krystalu udržovat nejvýše 125 ° C. V datovém listu vidíme, že pro vestavěnou diodu je tepelný odpor krystalového pouzdra větší než tepelný odpor krystalového pouzdra přímo IGBT a je roven 2 ° C / W. Tato hodnota bude brána v úvahu jako tepelný odpor krystalového pouzdra.

Tepelný odpor silikonového izolačního těsnění je asi 0,5 ° C / W - jedná se o tepelný odpor chladiče pouzdra. Nyní, s vědomím rozptýlené energie, maximální teploty krystalu, maximální teploty okolí, tepelného odporu krystalového pouzdra a tepelného odporu pouzdra-radiátoru, najdeme potřebný tepelný odpor prostředí radiátoru.

Musíme tedy zvolit radiátor tak, aby tepelný odpor prostředí radiátoru byl dosažen za daných podmínek 2,833 ° C / W nebo méně. A na jakou teplotu v tomto případě se radiátor přehřeje ve srovnání s okolním prostředím?

Vezměte zjištěný tepelný odpor na hranici radiátoru a prostředí a vynásobte rozptýleným výkonem, například 15 wattů. Přehřátí bude asi 43 ° C, tj. Teplota radiátoru bude asi 88 ° C. Protože v našem obvodu budou dva tranzistory, bude nutné rozptýlit energii dvakrát tolik, což znamená, že potřebujete radiátor s polovičním tepelným odporem, tj. 1,4 ° C / W nebo méně.

Pokud nemáte možnost zvolit radiátor s nalezeným tepelným odporem, můžete použít starou dobrou empirickou metodu - viz harmonogram z referenční knihy. Známe-li teplotní rozdíl mezi prostředím a radiátorem (pro náš příklad 43 ° C), znát rozptýlený výkon (pro náš příklad, pro dva tranzistory - dva po 15 W), najdeme potřebnou oblast radiátoru, tj. Celkovou kontaktní plochu radiátoru s okolním vzduchem (pro naši příklad - dva o 400 cm2).

Viz také toto téma:Palcový * stupeň / watt - co je tento parametr radiátoru?