วิธีคำนวณหม้อน้ำสำหรับทรานซิสเตอร์

บ่อยครั้งที่เมื่อออกแบบอุปกรณ์ที่ทรงพลังเกี่ยวกับทรานซิสเตอร์พลังงานหรือหันไปใช้วงจรเรียงกระแสที่มีประสิทธิภาพในวงจรเราต้องเผชิญกับสถานการณ์เมื่อจำเป็นต้องกระจายพลังงานความร้อนจำนวนมากวัดเป็นหน่วยและบางครั้งก็เป็นสิบวัตต์

ตัวอย่างเช่นทรานซิสเตอร์ FGA25N120ANTD IGBT ของ Fairchild Semiconductor หากติดตั้งอย่างถูกต้องแล้วจะสามารถส่งพลังงานความร้อนได้ประมาณ 300 วัตต์ผ่านแชสซีที่อุณหภูมิแชสซีที่ 25 ° C! และถ้าอุณหภูมิของเคสอยู่ที่ 100 ° C ทรานซิสเตอร์จะสามารถให้กำลัง 120 วัตต์ซึ่งก็ค่อนข้างมากเช่นกัน แต่เพื่อให้เคสทรานซิสเตอร์สามารถให้ความร้อนในหลักการได้จำเป็นต้องจัดเตรียมสภาพการทำงานที่เหมาะสมเพื่อไม่ให้เกิดความร้อนก่อนเวลา

สวิตช์ไฟทั้งหมดออกในกรณีเช่นนี้ซึ่งสามารถติดตั้งได้ง่ายบนแผงระบายความร้อนภายนอก - หม้อน้ำ ยิ่งไปกว่านั้นในกรณีส่วนใหญ่พื้นผิวโลหะของกุญแจหรืออุปกรณ์อื่น ๆ ในตัวเรือนเอาท์พุตนั้นเชื่อมต่อด้วยไฟฟ้ากับขั้วหนึ่งของอุปกรณ์นี้ตัวอย่างเช่นกับตัวสะสมหรือท่อระบายของทรานซิสเตอร์

ดังนั้นหม้อน้ำทำงานได้อย่างแม่นยำเพื่อรักษาทรานซิสเตอร์และการเปลี่ยนแปลงการทำงานส่วนใหญ่ที่อุณหภูมิไม่เกินที่อนุญาตสูงสุด

หากเป็นกรณี ทรานซิสเตอร์ซิลิคอน โลหะสมบูรณ์แล้วอุณหภูมิสูงสุดโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 200 ° C หากกล่องเป็นพลาสติกแล้วจะมีอุณหภูมิ 150 องศา คุณสามารถค้นหาข้อมูลเกี่ยวกับอุณหภูมิสูงสุดสำหรับทรานซิสเตอร์เฉพาะในแผ่นข้อมูล ตัวอย่างเช่นสำหรับ FGA25N120ANTD จะดีกว่าถ้าอุณหภูมิไม่เกิน 125 ° C

เมื่อทราบถึงพารามิเตอร์ความร้อนพื้นฐานทั้งหมดแล้วจึงง่ายต่อการเลือกหม้อน้ำที่เหมาะสม ก็เพียงพอที่จะค้นหาอุณหภูมิสูงสุดของสภาพแวดล้อมที่ทรานซิสเตอร์ทำงานได้พลังงานที่ทรานซิสเตอร์จะต้องกระจายออกไปจากนั้นคำนวณอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของทรานซิสเตอร์โดยคำนึงถึงความต้านทานความร้อนของคริสตัลกรณี, crocus-หม้อน้ำเชื่อมต่อหม้อน้ำสภาพแวดล้อม ซึ่งอุณหภูมิของทรานซิสเตอร์จะต่ำกว่าค่าสูงสุดที่อนุญาตเล็กน้อย

พารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดในการเลือกและการคำนวณของหม้อน้ำคือความต้านทานความร้อน มันเท่ากับอัตราส่วนของความแตกต่างของอุณหภูมิบนพื้นผิวของหน้าสัมผัสความร้อนเป็นองศาต่อกำลังส่ง

เมื่อความร้อนถูกถ่ายโอนผ่านกระบวนการนำความร้อนความต้านทานความร้อนจะยังคงที่ซึ่งไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ แต่ขึ้นอยู่กับคุณภาพของการสัมผัสความร้อน

หากมีการเปลี่ยนแปลงหลายครั้ง (หน้าสัมผัสทางความร้อน) ความต้านทานความร้อนของการเปลี่ยนผ่านซึ่งประกอบด้วยสารประกอบต่อเนื่องหลายรายการจะเท่ากับผลรวมของความต้านทานความร้อนของสารเหล่านี้

ดังนั้นหากติดตั้งทรานซิสเตอร์บนหม้อน้ำดังนั้นความต้านทานความร้อนรวมระหว่างการถ่ายเทความร้อนจะเท่ากับผลรวมของความต้านทานความร้อน: กรณีคริสตัล, กรณีหม้อน้ำ, สภาพแวดล้อมหม้อน้ำ ดังนั้นอุณหภูมิของผลึกจะอยู่ในกรณีนี้ตามสูตร:

ยกตัวอย่างเช่นพิจารณากรณีที่เราจำเป็นต้องเลือกหม้อน้ำสำหรับทรานซิสเตอร์สองตัว FGA25N120ANTD ซึ่งจะทำงานในวงจรตัวแปลงแบบกด - ดึงโดยแต่ละทรานซิสเตอร์จะกระจายพลังงานความร้อน 15 วัตต์ซึ่งจะต้องถ่ายโอนไปยังสภาพแวดล้อมเช่นจาก ผลึกของทรานซิสเตอร์ผ่านหม้อน้ำ - สู่อากาศ

เนื่องจากมีสองทรานซิสเตอร์ก่อนอื่นเราจะพบหม้อน้ำสำหรับหนึ่งทรานซิสเตอร์หลังจากนั้นเราเพิ่งนำหม้อน้ำที่มีพื้นที่ถ่ายเทความร้อนเพิ่มขึ้นสองเท่าโดยมีความต้านทานความร้อนเพียงครึ่งเดียว (เราจะใช้ปะเก็นฉนวน)

ให้อุปกรณ์ของเราทำงานที่อุณหภูมิแวดล้อม 45 ° C ปล่อยให้อุณหภูมิของผลึกไม่สูงกว่า 125 ° C ในแผ่นข้อมูลเราจะเห็นว่าสำหรับไดโอดในตัวความต้านทานความร้อนของกล่องคริสตัลมากกว่าความต้านทานความร้อนของกล่องคริสตัลโดยตรง IGBT และมีค่าเท่ากับ 2 ° C / W ค่านี้จะถูกนำมาพิจารณาเป็นความต้านทานความร้อนของกล่องคริสตัล

ความต้านทานความร้อนของปะเก็นฉนวนซิลิโคนอยู่ที่ประมาณ 0.5 ° C / W - นี่จะเป็นความต้านทานความร้อนของเคสหม้อน้ำ ตอนนี้เมื่อรู้ถึงพลังงานที่กระจายออกไปอุณหภูมิสูงสุดของคริสตัลอุณหภูมิสูงสุดความต้านทานความร้อนของปลอกคริสตัลและความต้านทานความร้อนของหม้อน้ำหม้อน้ำเราพบความต้านทานความร้อนที่จำเป็นของสภาพแวดล้อมหม้อน้ำ

ดังนั้นเราต้องเลือกหม้อน้ำเพื่อให้ได้ความต้านทานความร้อนของสภาพแวดล้อมหม้อน้ำภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดไว้ที่ 2.833 ° C / W หรือน้อยกว่า ในกรณีนี้หม้อน้ำมีอุณหภูมิเท่าไรเมื่อเปรียบเทียบกับสภาพแวดล้อม?

นำความต้านทานความร้อนที่พบที่ขอบเขตของสภาพแวดล้อมของหม้อน้ำและคูณด้วยกำลังงานที่กระจายตัวอย่าง 15 วัตต์ของเรา ความร้อนสูงเกินไปจะอยู่ที่ประมาณ 43 ° C เช่นอุณหภูมิของหม้อน้ำจะอยู่ที่ประมาณ 88 ° C เนื่องจากจะมีทรานซิสเตอร์สองตัวในวงจรของเราจึงจำเป็นต้องกระจายพลังงานสองเท่าซึ่งหมายความว่าคุณต้องการหม้อน้ำที่มีความต้านทานความร้อนครึ่งหนึ่งมีขนาดเล็กนั่นคือ 1.4 ° C / W หรือน้อยกว่า

หากคุณไม่มีโอกาสเลือกหม้อน้ำที่มีความต้านทานความร้อนพบคุณสามารถใช้วิธีการทดลองแบบเก่าที่ดี - อ้างอิงตารางจากหนังสืออ้างอิง รู้ถึงความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างสภาพแวดล้อมและหม้อน้ำ (สำหรับตัวอย่างของเรา 43 ° C) รู้พลังงานที่กระจายไป (สำหรับตัวอย่างของเราสำหรับทรานซิสเตอร์สองตัว - สอง 15W ในแต่ละ) เราพบพื้นที่หม้อน้ำที่จำเป็นนั่นคือพื้นที่สัมผัสทั้งหมดของหม้อน้ำกับอากาศรอบข้าง ตัวอย่าง - สองของ 400 cm2)

ดูเพิ่มเติมที่หัวข้อนี้:นิ้ว * องศา / วัตต์ - พารามิเตอร์หม้อน้ำนี้คืออะไร?