Как да изчислим радиатора за транзистор

Често, когато проектираме мощно устройство на силови транзистори или прибягваме до използването на мощен токоизправител във веригата, се сблъскваме със ситуация, когато е необходимо да се разсейва много топлинна мощност, измерена в единици, а понякога и десетки ватове.

Например, IGBT FGA25N120ANTD транзисторът на Fairchild Semiconductor, ако е инсталиран правилно, теоретично е в състояние да достави около 300 вата топлинна мощност през своето шаси при температура на ходовата част от 25 ° C! И ако температурата на кутията му е 100 ° C, тогава транзисторът ще може да даде 120 вата, което също е доста. Но за да може корпусът на транзистора по принцип да може да отдава тази топлина, е необходимо да му се осигурят подходящи условия на работа, за да не изгори преди време.

Всички превключватели на захранването се издават в такива случаи, които могат лесно да бъдат инсталирани на външен радиатор - радиатор. Освен това в повечето случаи металната повърхност на ключа или друго устройство в изходния корпус е електрически свързана към един от изводите на това устройство, например към колектора или към източването на транзистора.

И така, задачата на радиатора е именно да поддържа транзистора и главно работните му преходи при температура, която не надвишава максимално допустимата.

Ако е така силициев транзистор напълно метален, тогава типичната максимална температура е приблизително 200 ° C, ако случаят е пластмасов, тогава 150 ° C. Можете лесно да намерите данни за максималната температура за определен транзистор в листа с данни. Например за FGA25N120ANTD е по-добре, ако температурата му не надвишава 125 ° C.

Познавайки всички основни топлинни параметри, е лесно да изберете подходящ радиатор. Достатъчно е да разберете максималната температура на средата, в която ще работи транзисторът, мощността, която транзисторът ще трябва да разсее, след това да изчислите температурата на прехода на транзистора, като вземете предвид топлинните съпротивления на връзките кристал, крокус-радиатор, радиатор-среда, след което остава да изберем радиатор , с която температурата на транзистора ще бъде поне малко по-ниска от максимално допустимата.

Най-важният параметър при избора и изчисляването на радиатора е термичното съпротивление. Тя е равна на съотношението на температурната разлика на повърхността на термичния контакт в градуси спрямо предаваната мощност.

Когато топлината се предава чрез процеса на топлопроводимост, топлинното съпротивление остава постоянно, което не зависи от температурата, а зависи само от качеството на топлинния контакт.

Ако има няколко прехода (топлинни контакти), то топлинното съпротивление на прехода, състоящо се от няколко последователни съединения, ще бъде равно на сумата от топлинните съпротивления на тези съединения.

Така че, ако транзисторът е монтиран на радиатор, тогава общото термично съпротивление по време на топлопреминаването ще бъде равно на сумата от термични съпротивления: кристален случай, корпус-радиатор, радиатор-среда. Съответно в този случай температурата на кристала е съгласно формулата:

Като пример, помислете за случая, когато трябва да изберем радиатор за два транзистора FGA25N120ANTD, който ще работи в верига на push-pull конвертор, като всеки транзистор разсейва 15 вата топлинна мощност, които трябва да бъдат прехвърлени в околната среда, т.е. от кристали на транзистори през радиатор - във въздуха.

Тъй като има два транзистора, първо намираме радиатор за един транзистор, след което просто взимаме радиатор с два пъти повече площ за пренос на топлина, с половин по-голямо термично съпротивление (ще използваме изолационни уплътнения).

Нека устройството ни работи при температура на околната среда от 45 ° C. Нека температурата на кристала се поддържа не по-висока от 125 ° С. В таблицата с данни виждаме, че за вградения диод термичното съпротивление на корпуса на кристала е по-голямо от термичното съпротивление на кристалния случай директно IGBT и е равно на 2 ° C / W. Тази стойност ще бъде взета под внимание като топлинното съпротивление на корпуса на кристала.

Топлинното съпротивление на силиконовото изолиращо уплътнение е около 0,5 ° C / W - това ще бъде термичното съпротивление на корпуса-радиатор. Сега, знаейки разсейваната мощност, максималната температура на кристала, максималната температура на околната среда, топлинното съпротивление на корпуса на кристала и топлинното съпротивление на корпуса-радиатора, ние намираме необходимото термично съпротивление на радиатора-среда.

Така че, ние трябва да изберем радиатор, така че топлинното съпротивление на радиаторната среда да бъде получено при дадените условия от 2.833 ° C / W или по-малко. И до каква температура в този случай радиаторът прегрява в сравнение с околната среда?

Вземете намереното термично съпротивление на границата на радиатора-среда и умножете по разсеяната мощност, за нашия пример 15 вата. Прегряването ще бъде около 43 ° C, т.е. температурата на радиатора ще бъде около 88 ° C. Тъй като в нашата верига ще има два транзистора, ще е необходимо да разсеете мощността два пъти повече, което означава, че се нуждаете от радиатор с термично съпротивление наполовина по-малък, тоест 1,4 ° C / W или по-малко.

Ако нямате възможност да изберете радиатор с намереното термично съпротивление, тогава можете да използвате добрия стар емпиричен метод - вижте графика от справочника. Знаейки температурната разлика между околната среда и радиатора (за нашия пример, 43 ° C), знаейки разсейваната мощност (за нашия пример, за два транзистора - два от 15 W всеки), ние намираме необходимата зона на радиатора, тоест общата контактна площ на радиатора с околния въздух (за нашия пример - две от 400 cm2).

Вижте също по тази тема:Инч * градус / ват - какъв е този параметър на радиатора?