Comment calculer le radiateur d'un transistor

Souvent, lors de la conception d'un appareil puissant sur des transistors de puissance ou du recours à un redresseur puissant dans le circuit, nous sommes confrontés à une situation où il est nécessaire de dissiper une grande quantité d'énergie thermique, mesurée en unités, et parfois des dizaines de watts.

Par exemple, le transistor IGBT FGA25N120ANTD de Fairchild Semiconductor, s'il est installé correctement, est théoriquement capable de fournir environ 300 watts de puissance thermique à travers son châssis à une température de châssis de 25 ° C! Et si la température de son boîtier est de 100 ° C, le transistor pourra fournir 120 watts, ce qui est également beaucoup. Mais pour que le boîtier du transistor, en principe, puisse donner cette chaleur, il est nécessaire de lui fournir des conditions de travail adéquates afin qu'il ne brûle pas à l'avance.

Tous les interrupteurs d'alimentation sont émis dans de tels cas qui peuvent être facilement installés sur un dissipateur de chaleur externe - un radiateur. De plus, dans la plupart des cas, la surface métallique de la clé ou autre dispositif du boîtier de sortie est connectée électriquement à l'une des bornes de ce dispositif, par exemple à un collecteur ou au drain d'un transistor.

Ainsi, la tâche du radiateur est précisément de maintenir le transistor, et principalement ses transitions de travail, à une température ne dépassant pas le maximum admissible.

Si le cas transistor de silicium entièrement métallique, la température maximale typique est d'environ 200 ° C, si le boîtier est en plastique, puis 150 ° C. Vous pouvez facilement trouver des données sur la température maximale pour un transistor particulier dans la fiche technique. Par exemple, pour le FGA25N120ANTD, il vaut mieux que sa température ne dépasse pas 125 ° C.

Connaissant tous les paramètres thermiques de base, il est facile de choisir un radiateur adapté. Il suffit de connaître la température maximale de l'environnement dans lequel le transistor fonctionnera, la puissance que le transistor devra dissiper, puis de calculer la température de transition du transistor en tenant compte des résistances thermiques des connexions boîtier-cristal, crocus-radiateur, radiateur-environnement, après quoi il reste à choisir un radiateur , avec laquelle la température du transistor sera au moins légèrement inférieure au maximum admissible.

Le paramètre le plus important dans la sélection et le calcul du radiateur est la résistance thermique. Elle est égale au rapport de la différence de température à la surface du contact thermique en degrés sur la puissance transmise.

Lorsque la chaleur est transférée à travers le processus de conduction thermique, la résistance thermique reste constante, ce qui ne dépend pas de la température, mais dépend uniquement de la qualité du contact thermique.

S'il y a plusieurs transitions (contacts thermiques), alors la résistance thermique de la transition, constituée de plusieurs connexions en série, sera égale à la somme des résistances thermiques de ces composés.

Ainsi, si le transistor est monté sur un radiateur, alors la résistance thermique totale lors du transfert de chaleur sera égale à la somme des résistances thermiques: boîtier cristal, boîtier radiateur, radiateur environnement. En conséquence, la température du cristal est dans ce cas selon la formule:

Par exemple, considérons le cas où nous devons sélectionner un radiateur pour deux transistors FGA25N120ANTD, qui fonctionnera dans un circuit convertisseur push-pull, chaque transistor dissipant 15 watts de puissance thermique, qui doivent être transférés dans l'environnement, c'est-à-dire à partir de cristaux de transistors à travers un radiateur - à l'air.

Puisqu'il y a deux transistors, nous trouvons d'abord un radiateur pour un transistor, après quoi nous prenons juste un radiateur avec deux fois la surface de transfert de chaleur, avec la moitié de la résistance thermique (nous utiliserons des joints isolants).

Laissez notre appareil fonctionner à une température ambiante de 45 ° C. Laissez la température du cristal ne pas dépasser 125 ° C. Dans la fiche technique, on constate que pour la diode intégrée, la résistance thermique du boîtier cristal est supérieure à la résistance thermique du boîtier cristal directement IGBT, et elle est égale à 2 ° C / W. Cette valeur sera prise en compte comme la résistance thermique du boîtier cristal.

La résistance thermique du joint isolant en silicone est d'environ 0,5 ° C / W - ce sera la résistance thermique du radiateur de boîtier. Maintenant, connaissant la puissance dissipée, la température maximale du cristal, la température ambiante maximale, la résistance thermique du boîtier en cristal et la résistance thermique du boîtier-radiateur, nous trouvons la résistance thermique nécessaire du radiateur-environnement.

Il faut donc choisir un radiateur pour que la résistance thermique du radiateur-environnement soit obtenue dans ces conditions de 2,833 ° C / W ou moins. Et à quelle température dans ce cas le radiateur surchauffe-t-il par rapport à l'environnement?

Prenez la résistance thermique trouvée à la frontière radiateur-environnement et multipliez par la puissance dissipée, pour notre exemple 15 watts. La surchauffe sera d'environ 43 ° C, c'est-à-dire que la température du radiateur sera d'environ 88 ° C. Puisqu'il y aura deux transistors dans notre circuit, il faudra dissiper la puissance deux fois plus, ce qui signifie que vous avez besoin d'un radiateur avec une résistance thermique moitié plus petite, soit 1,4 ° C / W ou moins.

Si vous n'avez pas la possibilité de choisir un radiateur avec la résistance thermique trouvée, vous pouvez utiliser la bonne vieille méthode empirique - reportez-vous au calendrier du livre de référence. Connaissant la différence de température entre l'environnement et le radiateur (pour notre exemple, 43 ° C), connaissant la puissance dissipée (pour notre exemple, pour deux transistors - deux de 15 W chacun), nous trouvons la surface de radiateur nécessaire, c'est-à-dire la surface totale de contact du radiateur avec l'air ambiant (pour notre un exemple - deux de 400 cm2).

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