Розрахунок тепловідведення (радіатора охолодження) силового елемента (транзистора, діода, тиристора,
Щоб розрахувати відведення тепла від силового елемента, використовується поняття теплового опору. За визначенням:
[Тепловий опір, ДРЦ / Вт] = ([Температура в гарячій точці, ДРЦ] - [Температура в холодній точці, ДРЦ]) / [розсіюється, Вт]
Це означає, що якщо від гарячої точки до холодної надходить теплова потужність X Вт, а тепловий опір становить Y ДРЦ / Вт, то різниця температур скласти X * Y ДРЦ.
Вашій увазі добірка матеріалів:
Формула для розрахунку охолодження силового елемента
Для випадку розрахунку тепловідведення електронного силового елемента те ж саме можна сформулювати так:
[Температура кристала силового елемента, ДРЦ] = [Температура навколишнього середу, ДРЦ] + [розсіюється, Вт] * [Повний тепловий опір, ДРЦ / Вт]
де [Повний тепловий опір, ДРЦ / Вт] = [Тепловий опір між кристалом і корпусом, ДРЦ / Вт] + [Тепловий опір між корпусом і радіатором, ДРЦ / Вт] + [Тепловий опір між радіатором і навколишнім середовищем, ДРЦ / Вт] (для випадку з радіатором),
або [Повний тепловий опір, ДРЦ / Вт] = [Тепловий опір між кристалом і корпусом, ДРЦ / Вт] + [Тепловий опір між корпусом і навколишнім середовищем, ДРЦ / Вт] (для випадку без радіатора).
В результаті розрахунку ми повинні отримати таку температуру кристала, щоб вона була менше максимально допустимої, зазначеної в довіднику.
Де взяти дані для розрахунку?
Тепловий опір між кристалом і корпусом для силових елементів зазвичай наводиться в довіднику. І позначається так:
Нехай Вас не бентежить, що в довіднику написані одиниці виміру K / W або К / Вт. Це означає, що дана величина наведена в Кельвінах на Ватт, в ДРЦ на Вт вона буде точно такий же, тобто X К / Вт = X ДРЦ / Вт.
Зазвичай в довідниках наведено максимально можливе значення цієї величини з урахуванням технологічного розкиду. Вона нам і потрібно, так як ми повинні проводити розрахунок для гіршого випадку. Для прикладу максимально можливе теплове опір між кристалом і корпусом силового польового транзистора SPW11N80C3 одно 0.8 ДРЦ / Вт,
Тепловий опір між корпусом і радіатором залежить від типу корпусу. Типові максимальні значення наведені в таблиці:
Ізоляційна прокладка. З нашого досвіду правильно обрана і встановлена ізолююча прокладка збільшує тепловий опір в два рази.
Тепловий опір між корпусом / радіатором і навколишнім середовищем. Це теплове опір з точністю, прийнятною для більшості пристроїв, розрахувати досить просто.
[Тепловий опір, ДРЦ / Вт] = [120, (ДРЦ * кв. См) / Вт] / [Площа радіатора або металевої частини корпусу елемента, кв. см].
Такий розрахунок підходить для умов, коли елементи і радіатори встановлені без створення спеціальних умов для природного (конвективного) або штучного обдування. Сам коефіцієнт обраний з нашого практичного досвіду.
Специфікація більшості радіаторів містить тепловий опір між радіатором і навколишнім середовищем. Так що в розрахунку треба користуватися саме цією величиною. Розраховувати цю величину слід тільки в разі, якщо табличних даних по радіатора знайти не вдається. Ми часто для збирання налагоджувальних зразків використовуємо б / у радіатори, так що ця формула нам дуже допомагає.
Для випадку, коли відвід тепла здійснюється через контакти друкованої плати, площа контакту також можна використовувати в розрахунку.
Для випадку, коли відвід тепла через висновки електронного елемента (типово діодів і стабілітронів відносно малій потужності), площа висновків обчислюється, виходячи з діаметра і довжини виведення.
[Площа висновків, кв. см.] = Пі * ([Довжина правого виведення, см.] * [Діаметр правого виведення, см.] + [Довжина лівого виведення, см.] * [Діаметр лівого виведення, см.])
Приклад розрахунку відведення тепла від стабілітрона без радіатора
Нехай стабілітрон має два висновки діаметром 1 мм і довжиною 1 см. Нехай він розсіює 0.5 Вт. тоді:
Площа висновків складе близько 0.6 кв. см.
Тепловий опір між корпусом (висновками) і навколишнім середовищем складе 120 / 0.6 = 200.
Тепловим опором між кристалом і корпусом (висновками) в даному випадку можна знехтувати, так як воно багато менше 200.
Приймемо, що максимальна температура, при якій буде експлуатуватися пристрій, складе 40 ДРЦ. Тоді температура кристала = 40 + 200 * 0.5 = 140 ДРЦ, що допустимо для більшості стабілітронів.
Онлайн розрахунок тепловідведення - радіатора
Зверніть увагу, що у пластинчастих радіаторів потрібно вважати площа обох сторін пластини. Для доріжок друкованої плати, які використовуються для відводу тепла, потрібно брати тільки одну сторону, так як інша не контактує з навколишнім середовищем. Для голчастих радіаторів необхідно приблизно оцінити площу однієї голки і помножити цю площу на кількість голок.
Онлайн розрахунок відведення тепла без радіатора
Кілька елементів на одному радіаторі.
Якщо на одному теплоотводе встановлено кілька елементів, то розрахунок виглядає так. Спочатку розраховуємо температуру радіатора по формулі:
[Температура радіатора, ДРЦ] = [Температура навколишнього середовища, ДРЦ] + [Тепловий опір між радіатором і навколишнім середовищем, ДРЦ / Вт] * [Сумарна потужність, Вт]
Далі розраховуємо для кожного елемента.
[Температура кристала, ДРЦ] = [Температура радіатора, ДРЦ] + ([Тепловий опір між кристалом і корпусом елемента, ДРЦ / Вт] + [Тепловий опір між корпусом елемента і радіатором, ДРЦ / Вт]) * [Потужність, що розсіюється елементом, Вт]
Перевіряємо, що температура кристала на перевищує максимально допустиму.