Sådan beregnes radiatoren for en transistor

Når vi designer en kraftfuld enhed på effekttransistorer eller tager brug af en kraftig ensretter i kredsløbet, står vi ofte over for en situation, hvor det er nødvendigt at sprede en masse termisk energi, målt i enheder og nogle gange titalls watt.

F.eks. Er Fairchild Semiconductors FGA25N120ANTD IGBT-transistor, hvis den er installeret korrekt, teoretisk i stand til at levere cirka 300 watt termisk effekt gennem sit chassis ved en chassisstemperatur på 25 ° C! Og hvis temperaturen på dets kabinet er 100 ° C, kan transistoren give 120 watt, hvilket også er en hel del. Men for at transistorhylsteret i princippet kan give denne varme, er det nødvendigt at give den de rette arbejdsbetingelser, så den ikke brænder ud på forhånd.

Alle afbrydere udstedes i sådanne tilfælde, som let kan installeres på en ekstern køleplade - en radiator. I de fleste tilfælde er metaloverfladen på nøglen eller anden enhed i udgangshuset elektrisk forbundet med en af ​​terminalerne på denne indretning, for eksempel til kollektoren eller til transistorns dræn.

Så radiatorens opgave er netop at holde transistoren, og hovedsageligt dens arbejdsovergange, ved en temperatur, der ikke overstiger det maksimalt tilladte.

Hvis tilfældet siliciumtransistor fuldstændigt metal, er den typiske maksimale temperatur ca. 200 ° C, hvis sagen er plastik, så er 150 ° C. Du kan let finde data om den maksimale temperatur for en bestemt transistor i databladet. For FGA25N120ANTD er det for eksempel bedre, hvis temperaturen ikke overstiger 125 ° C.

Når man kender alle de grundlæggende termiske parametre, er det let at vælge en passende radiator. Det er nok at finde ud af den maksimale temperatur i det miljø, hvor transistoren arbejder, kraften, som transistoren bliver nødt til at sprede, beregne derefter transistortemperaturen for transistoren under hensyntagen til de termiske modstande af krystalkasse, krokus-radiator, radiator-miljøforbindelser, hvorefter det fortsat er at vælge en radiator med hvilket transistorens temperatur vil være mindst lidt lavere end det maksimalt tilladte.

Den vigtigste parameter i valg og beregning af radiatoren er termisk modstand. Det er lig med forholdet mellem temperaturforskellen på overfladen af ​​den termiske kontakt i grader til den transmitterede effekt.

Når varme overføres gennem varmeledningsprocessen, forbliver den termiske modstand konstant, hvilket ikke afhænger af temperaturen, men kun afhænger af kvaliteten af ​​den termiske kontakt.

Hvis der er flere overgange (termiske kontakter), vil overgangens termiske modstand bestående af flere serieforbindelser være lig med summen af ​​disse forbindelsers termiske modstand.

Så hvis transistoren er monteret på en radiator, vil den samlede termiske modstand under varmeoverførsel være lig med summen af ​​termiske modstande: krystalkasse, kabinet-radiator, radiator-miljø. Følgelig er krystalltemperaturen i dette tilfælde ifølge formlen:

Overvej som et eksempel sagen, når vi er nødt til at vælge en radiator til to transistorer FGA25N120ANTD, der fungerer i et push-pull-konverteringskredsløb, hvor hver transistor spreder 15 watt termisk effekt, der skal overføres til miljøet, dvs. fra krystaller af transistorer gennem en radiator - til luft.

Da der er to transistorer, finder vi først en radiator til en transistor, hvorefter vi bare tager en radiator med dobbelt så meget varmeoverførselsareal, med halv så meget termisk modstand (vi vil bruge isolerende pakninger).

Lad vores enhed arbejde ved en omgivelsestemperatur på 45 ° C. Lad krystalltemperaturen holdes højst 125 ° C. I databladet ser vi, at for den indbyggede diode er den termiske modstand af krystalkassen større end den termiske modstand for krystalkassen direkte IGBT, og den er lig med 2 ° C / W. Denne værdi vil blive taget i betragtning som krystalkassens termiske modstand.

Den termiske modstand for den silikoneisolerende pakning er ca. 0,5 ° C / W - dette vil være den termiske modstand for kabinettets radiator. Nu hvor vi kender den spredte effekt, den maksimale temperatur på krystallen, den maksimale omgivelsestemperatur, den termiske modstand af krystalkabinettet og den termiske modstand for kabinet-radiatoren, finder vi den nødvendige termiske modstand for radiator-miljøet.

Så vi er nødt til at vælge en radiator, så radiatormiljøets termiske modstand opnås under disse forhold på 2.833 ° C / W eller mindre. Og til hvilken temperatur i dette tilfælde overophedes radiatoren i forhold til miljøet?

Tag den fundne termiske modstand ved radiator-miljøgrænsen, og multiplicer med den spredte effekt, for eksempel 15 watt. Overophedning vil være ca. 43 ° C, dvs. temperaturen på radiatoren vil være ca. 88 ° C. Da der vil være to transistorer i vores kredsløb, er det nødvendigt at sprede effekten dobbelt så meget, hvilket betyder, at du har brug for en radiator med en termisk modstand halvt så lille, dvs. 1,4 ° C / W eller mindre.

Hvis du ikke har mulighed for at vælge en radiator med den fundne termiske modstand, kan du bruge den gode gamle empiriske metode - se skemaet fra referencebogen. Når vi kender temperaturforskellen mellem miljøet og radiatoren (for eksempel 43 ° C), kender den spredte effekt (for eksempel for to transistorer - to på 15 W hver), finder vi det nødvendige radiatorområde, det vil sige det samlede kontaktområde for radiatoren med den omgivende luft (for vores et eksempel - to på 400 cm2).

Se også om dette emne:Inch * grad / watt - hvad er denne radiatorparameter?