Come calcolare il radiatore per un transistor

Spesso, quando si progetta un potente dispositivo su transistor di potenza o si ricorre all'uso di un potente raddrizzatore nel circuito, ci troviamo di fronte a una situazione in cui è necessario dissipare molta potenza termica, misurata in unità e talvolta decine di watt.

Ad esempio, il transistor IGBT FGA25N120ANTD di Fairchild Semiconductor, se installato correttamente, è teoricamente in grado di fornire circa 300 watt di energia termica attraverso il suo chassis a una temperatura dello chassis di 25 ° C! E se la temperatura della sua custodia è di 100 ° C, il transistor sarà in grado di fornire 120 watt, che è anche abbastanza. Ma affinché la custodia del transistor sia in grado di fornire questo calore in linea di principio, è necessario fornirgli le condizioni di lavoro adeguate in modo che non si esaurisca in anticipo.

Tutti gli interruttori di alimentazione sono emessi in questi casi che possono essere facilmente installati su un dissipatore di calore esterno - un radiatore. Inoltre, nella maggior parte dei casi, la superficie metallica della chiave o di un altro dispositivo nell'alloggiamento di uscita è elettricamente collegata a uno dei terminali di questo dispositivo, ad esempio al collettore o allo scarico del transistor.

Quindi, il compito del radiatore è precisamente quello di mantenere il transistor, e soprattutto le sue transizioni di lavoro, a una temperatura non superiore al massimo consentito.

Se il caso transistor al silicio completamente in metallo, quindi la temperatura massima tipica è di circa 200 ° C, se la custodia è in plastica, quindi 150 ° C. È possibile trovare facilmente i dati sulla temperatura massima per un particolare transistor nel foglio dati. Ad esempio, per FGA25N120ANTD è meglio se la sua temperatura non supera i 125 ° C.

Conoscendo tutti i parametri termici di base, è facile scegliere un radiatore adatto. È sufficiente scoprire la massima temperatura ambiente in cui opererà il transistor, la potenza che il transistor dovrà dissipare, quindi calcolare la temperatura di transizione del transistor tenendo conto delle resistenze termiche delle connessioni custodia cristallo, croco-radiatore, radiatore-ambiente, dopo di che resta da scegliere un radiatore , con la quale la temperatura del transistor sarà almeno leggermente inferiore a quella massima consentita.

Il parametro più importante nella selezione e nel calcolo del radiatore è la resistenza termica. È uguale al rapporto della differenza di temperatura sulla superficie del contatto termico in gradi rispetto alla potenza trasmessa.

Quando il calore viene trasferito attraverso il processo di conduzione del calore, la resistenza termica rimane costante, che non dipende dalla temperatura, ma dipende solo dalla qualità del contatto termico.

Se ci sono diverse transizioni (contatti termici), la resistenza termica della transizione, composta da più composti consecutivi, sarà uguale alla somma delle resistenze termiche di questi composti.

Quindi, se il transistor è montato su un radiatore, la resistenza termica totale durante il trasferimento di calore sarà uguale alla somma delle resistenze termiche: custodia di cristallo, custodia-radiatore, ambiente-radiatore. Di conseguenza, la temperatura del cristallo è in questo caso secondo la formula:

Ad esempio, si consideri il caso in cui è necessario selezionare un radiatore per due transistor FGA25N120ANTD, che funzionerà in un circuito convertitore push-pull, con ciascun transistor che dissipa 15 watt di potenza termica che devono essere trasferiti nell'ambiente, ovvero da cristalli di transistor attraverso un radiatore - all'aria.

Dato che ci sono due transistor, per prima cosa troviamo un radiatore per un transistor, dopodiché prendiamo un radiatore con il doppio della superficie di trasferimento del calore, con la metà della resistenza termica (useremo le guarnizioni isolanti).

Lascia che il nostro dispositivo funzioni a una temperatura ambiente di 45 ° C. Lasciare che la temperatura del cristallo non sia superiore a 125 ° C. Nel foglio dati, vediamo che per il diodo incorporato la resistenza termica della custodia in cristallo è maggiore della resistenza termica della custodia in cristallo direttamente IGBT, ed è pari a 2 ° C / W. Questo valore verrà preso in considerazione come resistenza termica della teca di cristallo.

La resistenza termica della guarnizione isolante in silicone è di circa 0,5 ° C / W - questa sarà la resistenza termica del case-radiatore. Ora, conoscendo la potenza dissipata, la temperatura massima del cristallo, la temperatura ambiente massima, la resistenza termica dell'involucro del cristallo e la resistenza termica del radiatore dell'involucro, troviamo la resistenza termica necessaria dell'ambiente del radiatore.

Quindi, dobbiamo scegliere un radiatore in modo che la resistenza termica dell'ambiente radiatore sia ottenuta nelle condizioni indicate di 2,833 ° C / W o meno. E a quale temperatura in questo caso il radiatore si surriscalda rispetto all'ambiente?

Prendi la resistenza termica trovata al confine tra radiatore e ambiente e moltiplica per la potenza dissipata, per il nostro esempio 15 watt. Il surriscaldamento sarà di circa 43 ° C, ovvero la temperatura del radiatore sarà di circa 88 ° C. Dal momento che ci saranno due transistor nel nostro circuito, sarà necessario dissipare la potenza due volte tanto, il che significa che è necessario un radiatore con una resistenza termica piccola la metà, cioè 1,4 ° C / W o meno.

Se non hai la possibilità di scegliere un radiatore con la resistenza termica trovata, puoi utilizzare il buon vecchio metodo empirico - fai riferimento al programma dal libro di riferimento. Conoscendo la differenza di temperatura tra l'ambiente e il radiatore (nel nostro esempio, 43 ° C), conoscendo la potenza dissipata (nel nostro esempio, per due transistor - due da 15 W ciascuno), troviamo l'area del radiatore necessaria, cioè l'area di contatto totale del radiatore con l'aria ambiente (per il nostro un esempio - due di 400 cm2).

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