Рассеиваемая мощность радиатора: Как рассчитать радиатор охлаждения. Простой расчет площади теплоотвода для мощных транзисторов и тиристоров

Содержание

Транзисторы для начинающих часть 8 — Транзисторы — Фундаменты электроники — Каталог статей

В предыдущем эпизоде вы познакомились с основными тепловыми параметрами транзисторов. Обе эти характеристики, как и использующих их формулы очень просты. В общем, оказалось, однако, что это дело достаточно простое только для транзисторов малой мощности. В случае транзисторов большой мощности (уже выше 1Вт), нужно учитывать не только свойства транзистора, но самое главное — радиатора.

Начнем с основ. В предыдущем разделе мы узнали новый параметр Rthja — активное термическое сопротивление между переходом и окружающей средой (измеряется без радиатора). В случае использования мощных транзисторов, с теплоотводом, мы имеет дело с потоком тепла между переходом и окружающей средой. По-прежнему интересует нас общее тепловое сопротивление Rthja (но оно уже не из справочника для транзистора без теплоотвода). Проблема в том, что теперь сопротивление Rthja будет зависеть от используемого радиатора. Мы должны также учитывать неидеальный контакт корпуса транзистора с теплоотводом. В результате общие сопротивление Rthja между кристаллом и окружающей средой будет состоять из трех отдельных тепловых сопротивлений:
— Rthjc (переход-корпус)
— Rthcr (корпус-радиатор)
— Rthra (радиатор-окражающая среда)

Тепло из кремниевой структуры должно пройти сначала корпус, а затем радиатор и далее рассеяться в окружающей среде. По дороге оно должно найти место соприкосновения корпуса с теплоотводом. Контакт из-за микроскопических неровности обоих поверхностей не идеальный, и здесь также есть тепловое сопротивление.


В соответствии с рисунком 59a, общее тепловое сопротивление между переходом и окружающей средой, мы можем представить как последовательное соединение трех указанных сопротивления. Изображено это на рисунке 59с. Во время работы транзистора тепло, выделившиеся на переходе уходит в окружающую среду. В соответствии с прежней аналогий распределение температур напоминает распределение напряжений на последовательно включенных резисторах. Это иллюстрирует рисунок 59c.

Тепловое сопротивление между переходом и поверхностью корпуса данного транзистор (Rthjc), указывается в справочнике. Для лучших транзисторов и интегральных схем, оно составляет 0,8…1K/Вт. Для обычных транзисторов в корпусах TO-220 обычно составляет 1…3 К/Вт. Больше значение имеют только транзисторы старого типа.

Сопротивление Rthcr составляет примерно 1K/Вт если просто транзистор прикрутить к радиатору, и примерно 0,1…0,2К/ВТ при применение пасты (силиконовой) хорошо проводящей тепло или силиконовой (похожих на резиновую) прокладки. Паста и тонкие прокладки уменьшают тепловое сопротивление соединения, потому что заполняют микроскопические неровности на поверхности радиатора и транзистора (изображенные на рисунке 59a при большом увеличении). Но внимание! Не надо тут путать слюдяные прокладки с силиконовыми. Самым молодым читателям следует помнить, что слюда минерал с очень хорошими свойствами с точки зрения электрической изоляции. Слюду легко разделить на тонкие слои — ломтики. Вы легко резать ножом и аккуратно сверлить в ней отверстия. Тонкий, прозрачный кусок слюды эффективно изолирует транзистор от радиатора с электрической точки зрения (гальванически), и при этом в меру хорошо проводит тепло. Но, к сожалению, в случае применения слюдяной прокладки (даже помазанной термопастой), сопротивление Rthcr значительно увеличивается, до 1…2K/В.

Силиконовые прокладки, похожие на резиновые, также могут гальванически изолировать транзистор от радиатора, и имеют очень хорошие тепловые свойства, т.е. небольшое термическое сопротивление. Сопротивление это, в зависимости от толщины, может составлять 0,1…1K/В. Силиконовые прокладки, не должны использоваться многократно, — раз использованная прокладка должна быть заменена в случае замены транзистора.

А сопротивление Rthra зависит от размера радиатора, его формы, вида поверхности и цвета, и может составлять от 50K/Вт (маленький алюминиевая бляха) до 0,5K/В (и меньше) для мощных радиаторов из специальных алюминиевых профилей. Термическое сопротивление Rthra сильно зависит от условий движения воздуха вокруг радиатора. Например, использование вентилятора может уменьшить величину активного термического сопротивления даже в несколько раз. Еще более эффективными являются радиаторы, охлаждающиеся жидкостью (водой или маслом), но мы не будем ими заниматься, потому что я их практически не используют из-за стоимости.

В практике, что бы обеспечить работу мощного транзистора необходимо, прежде всего, подобрать соответствующий радиатор. Теоретически дело очень простое. Имея допустимую температуры перехода +150 градусов C, температуру окружающей среды (как правило, принимается +30…+50 градусов С), и рассеиваемую мощность P, при котором транзистор будет работать, легко вычислить максимальное общее сопротивление Rthja по формуле:

Потом от рассчитанного сопротивления вычесть сопротивлением Rthjc и Rthcr:

Получим значение, теплового сопротивления радиатора Rthra. Конечно, радиатор может иметь меньшее значение теплового сопротивления чем рассчитанное значение — тогда температура соединения будет меньше допустимой (+150°С).

Выполните несколько простых упражнений.

Задача
Рассчитать термическое сопротивление радиатора необходимого для выходного транзистора усилителя мощности. Максимальная рассеиваемая мощность этого транзистора в худших условиях составит 30ВТ. Транзистор имеет следующие параметры: Ptot=125 ВТ, Rthjc = 1,1K/В, Tjmax = +150 Градусов C. Максимальная температура окружающей среды внутри корпуса пусть составляет +50 градусов C. Не применяются термопаста, активное сопротивление Rthcr следует принять равным 1K/Вт. На сколько можно уменьшить радиатор просто после применения термопасты, уменьшающей Rthcr до 0,2К/В?

Вычислим максимальное допустимое общее сопротивление Rthja:
Rthja=(150–50)/30W=3,3°C/W=3,3K/W
Rthra=3,3–(1+1,1)=1,2K/W

Без силиконовой смазки требуется радиатор с сопротивлением 1,2К/Вт.
В то время как со смазкой:
Rthra=3,3–(1+0,2)=2,1K/W

Это большая разница, — со смазкой сопротивление радиатора может быть на целых 75% больше, так что… стоит смазывать. Это железное правило: при больших мощностях не обходима термопаста или силиконовые прокладки.

Задача
Сопротивление Rthjc транзистора BD135 (BD135…140) составляет 10 К/Вт. Рассеиваемая мощность в устройстве составляет 5 ВТ. Можете ли вы не использовать силиконовую смазку в ситуации, когда транзистор будет работать с теплоотводом с сопротивлением Rthra равной 7К/В?

В этом случае можно не проводить расчеты. Просто оценим, как повлияет отсутствие силиконовой пасты на температуру перехода. Вы можете принять активное сопротивление Rthcr без силикона равным 1,5K/Вт, а с силиконом 0,3K/Вт. Иначе говоря, без силикона общее сопротивление увеличивается на 1,2K/В. При мощности 5 ВТ, это вызовет повышение температуры на дополнительные 6 градусов. 6 градусов – это мало, так что в случае малых рассеиваемых мощностей (до 5…10 Вт) влияние смазки не большое.

Но при больших мощностях это влияние, иногда даже имеет решающее значение. Если мощность была 50W, при отсутствии смазки, температура повысилась бы на 60 градусов.

Задача
Убедитесь, что транзистор BDV64 (Ptot =125 ВТ, Rthjc=1K/В Tjmax=+150°C) может рассеять в окружающую среду мощность 80ВТ с теплоотводом о Rthra=1,5K/Вт при температуре окружающей среды +50 градусов при использовании силиконовой смазки (Rthcr=0,15K/В).

Для проверки. Сначала рассчитаем
Rthja=1K/W+0,15K/W+1,5K/W=2,6K/W
При мощности 80 ВТ повышение температуры составит:
ΔT=80×2,56=212°C
Температура составит +262 градусов C — транзистор ни в коем случае не может работать в таких условиях!

Задача
Рассчитать, активное термическое сопротивление радиатора, работающего с транзистором 2N3055 (Ptot =117W, Rthjc=1,5K/В, Tjmax=+200ос ) в системе стабилизатора, где максимальная рассеиваемая мощность составит 85Вт. Максимальная температура окружающей среды внутри корпуса +50 градусов C. Благодаря теромопасте Rthcr = 0,1К/В.

Определяется необходимое общее тепловое сопротивление
Rthja=(200–50)/85=1.765K/W

От сюда
Rthra=1,765–(1,5+0,1)=0,165K/W

Радиатор с таким маленьким тепловым сопротивлением в любительских условиях сделать не возможно! Не поможет даже мощный вентилятор!

Задача
Транзистор BD136 (корпус к-126, Ptot =12 ВТ, Rthjc=10°С/вт, Tjmax=+150° C) работает с теплоотводом о Rthra = 4K/В. Без силикона Rthcr = 1°C/Вт. Может ли транзистор работать в этих условиях с рассеиваемой мощностью, равной 10 ВТ при температуре окружающей среды, равной +40°C?

Нет! Потому что с мощностью 10ВТ и допустимого перепада температур, равного 110°C, общее сопротивление должно быть не больше, чем 11К/Вт. Между тем, уже сам транзистор и прокладка уже имеют такое термическое сопротивление. В данном случае не поможет ни один радиатор. Указанный транзистор не может работать в таких условиях.

Что делать?

Применение смазки мало поможет, потому что даже при уменьшении Rthcr к 0,3°С/Вт, следовало бы применить большой радиатор с очень малым сопротивлением Rthra равной 0,7К/В. Теоретически такой радиатор можно сделать, но это иррационально.

Достаточно применить более мощный транзистор, например BD244 с сопротивлением Rthjc равной 1,92K/В.

Конечно, общее сопротивление Rthja все равно не может быть больше, чем 11К/В, но теперь достаточно было бы использовать радиатор с сопротивлением Rthra=11–(1,92+0,2)=8,88K/W

Указанный радиатор (Rthra = 4K/В) обеспечит запас. В самом деле, повышение температуры соединения, не превышает ΔT=10W×(1,92+0,2+4)=61,2°C то есть, температура будет не много превышать +100°С.

Подумайте, какие выводы, можно сделать из этих упражнений. Оказалось, что во многих случаях вы не можете работать с заявленной в каталоге мощностью Ptot.

Что происходит? Где кроется ошибка?

Ошибки нет. С расчетами (хотя и упрощенными) все в порядке. Сейчас разберемся, о чем идет речь. Рассчитайте, какой радиатор необходим при работе в „справочных” условиях мощного транзистора. Пусть это будет транзистор BDW83B (Ptot =130, Tjmax=+150 градусов C, Rthjc=0,96K/В). Пусть температура окружающей среды составляет +40°С.
Rthja=(150–40)/130=0.846K/W
это меньше, чем значение в каталоге Rthjc! Транзистор не может работать в таких условиях!

Нет ли у вас впечатления, что производители транзисторов пускают вас в заблуждение, делая на них спрос при рассеиваемой мощности 130 ВТ в справочнике, которую, как выясняется, ни в коем случае нельзя „выжать” из транзистора без риска перегрева?

На самом деле, на практике ни один мощный транзистор не может работать с мощность Ptot указанной в справочнике. Тогда откуда там эта мощность?

Запомните раз навсегда, что это мощность, которую теоретически можно рассеять в устройстве при использовании идеального радиатора. А точнее – указывается в каждом каталоге максимальная рассеиваемая мощность Ptot в лабораторных условиях тестирования при идеальном охлаждении, (будьте осторожны!) при температуре корпуса в (как правило) только +25°C. Обратите внимание, что эти +25°C температура корпуса во время работы, когда выделяется «рассеиваемая мощность из справочника» Такую температуру корпуса можно получить только при вынужденном охлаждении, и не воздухом, а жидкостью.

Убедитесь, что эти данные верны для транзистора BDW83. Если вы сможете удержать температуру корпуса на уровне +25 градусов C, то есть разница температур достичь (150-25=)125°C, максимальная мощность составит:

И это и есть та мощность, которую взяли из каталога. Согласны?

Теперь будьте внимательны! Имея указанную в каталоге мощность потерь Ptot и максимальную температуру перехода (обычно +150°С) ты вычисляешь сопротивление Rthjc. Предполагая, что температура корпуса должно составлять +25°C, то есть при разнице температур 100°С считаем:

Просто? Да! Хотя в редких случаях вы можете найти сюрприз. А именно, в случае некоторых транзисторов производители дают максимальную мощность Ptot, при температуре корпуса не +25°C, а +60°C. Но тогда это то ничем не грозит, потому что фактическое сопротивление Rthjc окажется еще меньше, чем вычисленная с помощью простого способа выше.

Теперь мы вернемся к сделанным ранее упражнениям.

Оказалось также, что рассеиваемая мощность Ptot что указывается в каталогах транзисторов, имеет очень мало общего с реальностью, потому что ее можно получить только при идеальном охлаждении. Если да, то рассчитайте теперь, с какой мощность действительно может работать транзистор BDW83 с „сенсационной мощностью” Ptot=130Вт. Для его охлаждения используется большой ребристый радиатор с, тепловым сопротивлением, равным 1,5K/Вт и сопротивление Rthcr можно принять равным 0,1К/Вт (термопаста или тонкая силиконовая подкладка). Максимальную температуру окружающей среды примем реальную, равную +40°С.

Общее тепловое сопротивление:


И что? Снова неожиданность? Только 43W? А должно было быть 130Вт?! К сожалению, да! И поверьте мне — радиатор с сопротивлением 1,5K/Вт – это очень большой кусок ребристого алюминиевого профиля.

К сожалению, при проектировании схем из мощных транзисторов (и не только), вы должны всегда принимать во внимание результаты наших соображений. Потому что у вас нет возможности использовать идеальный радиатор, поэтому раз и на всегда отбрасывать нереальные мечты — никогда не выжать из мощного транзистора мощности Ptot указанную в справочнике. Во первых, приблизительные расчеты дают, что да же с приличным радиатором силовой транзистор будет у вас работать не более чем с половиной мощностью указанной в каталоге.

Кроме того, если до сих пор вам казалось, что достаточно большой радиатор всегда решит проблему, то это мечта. Предыдущие примеры показывают, что даже если вы применил идеальный радиатор, вы никогда не уменьшите общее тепловое сопротивление ниже Rthjc. При этом всегда имеется некоторое значение Rthcr – даже, применение термопасты, не уменьшит ее до нуля, а только до 0,1…0,2К/Вт.

Здесь я полностью объяснить проблемы «узких мест», о которой я упоминал при обсуждении усилителя 100 Вт. Обратитесь к этой статье EDW 8/97 на стр. 18. Теперь последние упражнения показали, что вышеупомянутый «узким местом» является сопротивление Rthjc. Это следует из конструкции транзистора, и мы не можем ни как на это повлиять. И если вы не примените силиконовые смазки, то сопротивление Rthcr еще ухудшится до 1 .. 2 K/Вт.

Теперь вы понимаете проблему, охлаждения и подбора радиатора?

Вам кажется, что понимаете? В таком случае рассчитайте активное термическое сопротивление радиатора, необходимое для схем на рисунках 60 и 61. Для усилителя на рисунке 61 рассчитаем три раза:
а) для радиатора, соединенного гальванически с минусом питания планируется использовать силиконовую смазку примем Rthcr = 0,1К/В,
b) для радиатора, гальванически изолированного планируется использовать изоляционную прокладку, примем Rthcr = 0,5K/В,
c) для радиатора гальванически изолированного планируется использование изоляционной прокладки, из слюды смазанной с двух сторон термопастой примем Rthcr = 1,5K/В.

Какие принимать температуры окружающей среды? В случае, если блок питания для автомобиля на рисунке 60, должно работать с температурой порядка +60…+80 градусов C, не так ли? В случае усилителя проще +40…+50 градусов C. Не пугайтесь, что на рисунке 61 у вас микросхема, а не транзистор. Порядок расчета тепловых величин такой же, как при транзисторах. Указанная рассеиваемая мощность интегральной схемы LM3886 в худшем из возможных случаях – указана EdW 2/98 стр. 10 рис. 3 для напряжения питания ±30В. Имея такие данные, рассчитайте необходимый радиатор. В самом деле, при нормальной работе усилителя средняя выделяемая мощность будет меньше, и такой радиатор, безусловно, будет подобран с некоторым запасом. А теперь считайте.

Посчитали? Здорово!

Ну, может быть, не совсем здорово… Потому что, как и, что теперь делать с этим значением? Что с того, что рассчитали необходимое термическое сопротивление радиатора? А откуда вы знаете, какое термоспротивление сопротивление имеют имеющиеся у вас радиаторы?

И это пол беды, если вы заказываете радиатор в хорошей компании и тепловое сопротивление, указанно в справочнике. Но как я знаю, в большинстве случаев ни кто не пользуются услугами этих компаний, только вы пробовали применить какой-нибудь радиатор или кусок жести. Как рассчитать или измерять термическое сопротивление такого радиатора?

Это уже история из другой сказки – я с удовольствием расскажу вам, если вы напишите мне на адрес Редакции. Тогда будет отдельная статья о подборе радиаторов. Я также могу вам предложить схему простого прибора для измерения теплового сопротивления радиаторов. Жду письма по этому вопросу.

Радиаторы для полупроводниковых приборов

макетная плата   изготовление корпуса   изготовление печатной платы  теплоотводы  радиолюбительская химия

            Радиаторы для полупроводниковых приборов

Во время работы мощные полупроводниковые приборы выделяют в окружающую среду определенную теплоту. Если не позаботиться об их охлаждении, транзисторы и диоды могут выйти из строя из-за перегрева рабочего кристалла.  Обеспечение нормального теплового режима транзисторов (и диодов) — одна из важных задач. Для правильного решения этой задачи нужно иметь представление о работе радиатора и технически грамотном его конструировании.

Как известно, любой нагретый предмет охлаждаясь отдает тепло окружающей среде. Пока количество тепла, выделяющегося в транзисторе, больше отдаваемого им среде - температура корпуса транзистора будет непрерывно возрастать. При некотором ее значении наступает так называемый тепловой баланс, то есть равенство количеств рассеиваемого и выделяемого тепла. Если температура теплового баланса меньше максимально допустимой для транзистора — он будет надежно работать. Если эта температура выше допустимой максимальной температуры — транзистор выйдет из строя.
Для того, чтобы тепловой баланс наступал при более низкой температуре, необходимо увеличить теплоотдачу транзистора. 

Известны три способа передачи тепла: Теплопроводность, Лучеиспускание и Конвекция. Теплопроводность воздуха обычно мала — этим значением при расчете радиатора можно пренебречь. Доля тепла, рассеиваемая лучеиспусканием значительна лишь при высоких температурах (несколько сотен градусов по Цельсию), поэтому этой величиной при относительно низких температурах работы транзисторов (не более 60-80 градусов) также можно пренебречь. Конвекция — это движение воздуха в зоне нагретого тела, обусловленное разностью температур воздуха и тела. Количество тепла, отдаваемого нагретым предметом, пропорционально разности температур предмета и воздуха, площади поверхности и скорости воздушного потока, омывающего тело.

В молодости я столкнулся с оригинальным решением отвода тепла от мощных выходных транзисторов. Транзисторы (тогда для построения усилителей применяли транзисторы типа П210) на длинных проводах находились вне корпуса. К корпусу были прикручены две пластиковые баночки с водой, а транзисторы лежали в них. Таким образом было обеспечено «водяное» эффективное охлаждение. Когда вода в баночках нагревалась — ее просто заменяли на холодную… Вместо воды можно использовать минеральное (жидкое) или трансформаторное масло… Сейчас промышленность начала серийно выпускать водяные системы охлаждения процессоров и видеокарт компьютеров — по принципу автомобильных радиаторов (но это — уже, на мой взгляд, экзотика…).

Для обеспечения эффективного отвода тепла от кристалла полупроводника применяют теплоотводы (радиаторы). Познакомимся с некоторыми из конструкций радиаторов.

На приведенных рисунках показаны четыре разновидности теплоотводов.

Простейшим из них является пластинчатый радиатор. Площадь его поверхности равна сумме площадей двух сторон. Идеальной формой такого теплоотвода является круг, далее идут квадрат и прямоугольник. Пластинчатый радиатор целесообразно применять при небольших мощностях рассеивания. Устанавливаться такой радиатор должен вертикально, в противном случае — эффективная площадь рассеяния снижается.

Усовершенствованный пластинчатый теплоотвод представляет собой набор из нескольких пластин, загнутых в разные стороны. Этот радиатор при площади поверхности равной простейшему пластинчатому имеет меньшие габариты. Устанавливается такой теплоотвод аналогично пластинчатому. Количество пластин может быть различным — в зависимости от необходимой поверхности. Площадь рассеивания такого радиатора равна сумме площадей всех загнутых участков пластин, плюс площадь поверхности центральной части. Это тип радиатора имеет и недостатки: пониженную эффективность отвода тепла от всех пластин, а также невозможность получения идеально прямой поверхности в местах соединения пластин между собой.

Для изготовления пластинчатых радиаторов следует использовать пластины с толщиной не менее 1,5 (лучше — 3) миллиметров.

Ребристый радиатор — обычно цельнолитой, либо фрезерованный — может быть с одно или двухсторонним оребрением. Двухстороннее оребрение позволяет увеличить площадь поверхности.

Площадь поверхности такого теплоотвода равна сумме площадей поверхности всех пластин и сумме площади поверхности основного тела радиатора.

Самым эффективным из всех перечисленных является штыревой (или игольчатый) радиатор. При минимальном объеме такой радиатор имеет максимальную эффективную площадь рассеивания. Площадь поверхности такого теплоотвода равна сумме площадей каждого штырька и площади основного тела.

Также существуют теплоотводы с принудительной подачей воздуха (пример - кулер процессора в вашем компьютере). Эти теплоотводы при небольшой площади поверхности радиатора способны рассеивать в окружающую среду значительные мощности (к примеру — процессор среднего быстродействия Р-1000 выделяет, в зависимости от загрузки 30-70 ватт тепловой энергии). Недостаток таких теплоотводов — повышенный шум при  эксплуатации и ограниченный срок работы (механический износ вентилятора).

Материалом для радиаторов обычно служит алюминий и его сплавы. Лучшей эффективностью обладают теплоотводы, выполненные из меди, но вес и стоимость таких радиаторов выше, чем у алюминиевых.

Полупроводниковый прибор крепится на теплоотвод при помощи специальных  фланцев. Если необходимо изолировать прибор от радиатора — применяются различные изоляционные прокладки. Применение прокладок снижает эффективность передачи тепла от кристалла, поэтому, если есть возможность — лучше изолировать теплоотвод от шасси конструкции. Для более эффективного отвода тепла поверхность, которая соприкасается с полупроводниковым прибором, должна быть ровной и гладкой.

Для повышения эффективности применяют специальные термопасты (например «КПТ-8»). Применение термопаст способствует уменьшению теплового сопротивления участка «корпус — теплоотвод» и позволяет несколько понизить температуру кристалла. В качестве прокладок используют слюду, различные пленки из пластмассы, керамику. В свое время мной было получено авторское свидетельство по способу изолирования корпуса транзистора от теплоотвода. Суть данного метода заключается в следующем: Поверхность теплоотвода покрывается тонким слоем термопасты (например типа КПТ-8), на поверхность пасты наносится (методом насыпания) слой кварцевого песка (я использовал песок из плавкого предохранителя), далее излишек песка удаляется стряхиванием и транзистор плотно прижимается при помощи хомута, изготовленного из изоляционного материала. При заводских испытаниях данного метода «прокладка» выдерживала кратковременно подачу напряжения в 1000 вольт (от мегометра).

Некоторые зарубежные мощные транзисторы выпускаются в изолированном корпусе — такой транзистор можно крепить непосредственно к теплоотводу без применения каких либо прокладок (но это не исключает применения термопаст!).

Источником тепла в системе транзистор-радиатор-окружающая среда является коллекторный P-N переход. Весь путь тепла в этой системе можно разделить на три участка: переход — корпус транзистора, корпус транзистора - теплоотвод, теплоотвод — окружающая среда. Вследствие неидеальности передачи тепла температуры перехода, корпуса транзистора и окружающей среды существенно отличаются. Это происходит потому, что тепло на своем пути встречает некоторое сопротивление, называемое тепловым сопротивлением. Это сопротивление равно отношению разности температур на границах участка к рассеиваемой мощности. Сказанное можно проиллюстрировать примером: по справочнику тепловое сопротивление переход-корпус транзистора П214 равно 4 градуса Цельсия на ватт. Это означает, что в случае рассеивания на переходе мощности в 10 ватт, переход будет «теплее» корпуса на 4*10=40 градусов! Если учесть при этом тот факт, что максимальная температура перехода равна 85 градусам, то станет ясно, что температура корпуса при указанной мощности не должна превышать 85-40= 45 градусов Цельсия. Наличие теплового сопротивления радиатора является причиной существенного различия температуры его участков, разноудаленных от места установки транзистора. Это означает, что в активной отдаче тепла участвует не вся поверхность радиатора, а лишь часть ее, которая имеет наиболее высокую температуру и поэтому наилучшим образом омывается воздухом. Эта часть и называется эффективной поверхностью радиатора. Она будет тем больше, чем выше теплопроводящая способность радиатора. Теплопроводящая способность радиатора зависит от свойств материала из которого изготовлен теплоотвод и его толщины. Вот поэтому для изготовления теплоотводов используют медь или алюминий.

Полный расчет радиатора — очень трудоемкий процесс. Для грубого расчета можно использовать следующие данные: Для рассеивания 1 ватта тепла, выделяемого полупроводниковым прибором, достаточно использовать площадь теплоотвода, равную 30 квадратным сантиметрам.

Рекомендуемые площади радиаторов для некоторых диодов приведены в таблице:

Обозначение диода

Макс ток

Макс. темпер.

окр. среды

Площадь радиатора

Д302

50 ГРАД

50 КВ СМ

Д303

2,5А

50ГРАД

50 КВ СМ

Д304

5 А

50ГРАД

90 КВ СМ

Д305

6,5 А

50ГРАД

300 КВ СМ

Д202-Д205

0,4 А

85 ГРАД

40 КВ СМ

КД202А,КД202В

1 А

85 ГРАД

БЕЗ РАДИАТОРА

КД202Д,КД202Ж

2 А

60 ГРАД

10 КВ СМ

КД202К,КД202М

2 А

85 ГРАД

15 КВ СМ

КД202Р

2 А

3 А

3 А

3 А

100 ГРАД

60 ГРАД

85 ГРАД

100 ГРАД

25 КВ СМ

25 КВ СМ

60 КВ СМ

140 КВ СМ

КД202Б,КД202Г

2 А

60 ГРАД

25 КВ СМ

КД202Е,КД202И

2 А

60 ГРАД

25 КВ СМ

КД202Л,КД202Н

2 А

2 А

3 А

85 ГРАД

100 ГРАД

60 ГРАД

50 КВ СМ

150 КВ СМ

120 КВ СМ

Д242-Д248Б

2 А

10 А

100 ГРАД

100 ГРАД

60 КВ СМ

200 КВ СМ



В журнале «Радио» была опубликована статья инженера Агеева по расчету теплоотводов для полупроводниковых приборов. Вы можете закачать скан этой статьи (приношу заранее извинения за не очень высокое качество) здесь (280 Кбайт).

В журнале «Радиоаматор-Конструктор» была опубликована статья неизвестного автора по методике упрощенного расчета радиаторов. Просмотреть статью можно здесь.

Литература по теме: Ю.Ф.Скрипников «Радиаторы для полупроводниковых приборов» (около 2 мегабайт) можно скачать здесь.

Как выбрать радиатор отопления — DigestWIZARD

В нашем ликбезе для вас мы постарались максимально подробно осветить один из фундаментальных вопросов в проектировании систем водяного отопления. Какие бывают радиаторы, в чём их принципиальные различия и какой тип подойдёт именно вам, на что обратить внимание при покупке.

 

Основы тепловой физики

 

Чтобы понимать, как тот или иной тип радиаторов поведёт себя в конкретно взятой отопительной системе, нужно понимать ряд аспектов работы жидкостного отопления. В частности, важна цепочка преобразования тепла от источника нагрева до непосредственно воздуха в помещении.

Передача тепла осуществляется тем быстрее, чем выше площадь контакта двух тел с разной температурой и чем больше разница этих температур. Поэтому оптимальным считается вариант, когда в теплообменник котла поступает вода предельно низкой температуры, так большая часть теплоты из продуктов сгорания будет буквально «впитана» в теплоноситель.

 

В реальности такой подход используется только в тех системах, где мощность нагревательного агрегата не регулируется, как это обстоит с твёрдотопливными котлами. Большинство современной отопительной техники имеет достаточно гибкую систему автоматики, которая позволяет быстро выйти на сбалансированный режим работы. Котёл в таком случае отдаёт ровно столько энергии, сколько способны рассеять радиаторы системы.

 

В этом заключается основное заблуждение начинающих проектировщиков: наиболее очевидно, что радиатор должен нагревать воздух, хотя на самом деле его основная задача — охлаждать теплоноситель. Скорость теплообмена достаточно просто отрегулировать принудительной конвекцией и её локальной регулировкой. Поэтому при выборе и расчёте числа радиаторов отопления главная задача — восполнить теплопотери в помещениях, а не биться над балансировкой теплообменного контура.

 

Конвекционная составляющая конструкции

 

Высокая эффективность современных радиаторов обусловлена первым фактором, влияющим на скорость теплообмена — площадью поверхности. Многочисленные рёбра из теплопроводного материала обеспечивают очень быстрое охлаждение теплоносителя, эффект усиливается высокой скоростью воздушного потока, проходящего через радиатор.

 

Бесспорным лидером в этом отношении выступают биметаллические и алюминиевые радиаторы. Помимо многочисленных каналов для протока воздуха они имеют изгиб в верхней части ребёр, что позволяет эффективно перенаправить воздушный поток к центру комнаты и закольцевать его. Поэтому такой тип радиаторов устанавливают преимущественно под окнами с широкими подоконниками или внутри технологических ниш.

 

Чуть менее эффективной конвекционной способностью обладают панельные стальные радиаторы. От одной до трёх ребристых панелей обеспечивают качественную передачу тепла, но нагретый воздух направляется преимущественно вертикально. Наименьшей теплопередачей обладают чугунные радиаторы. Среди батарей старого образца лучшими показателями в этом плане характеризуются секции с косыми внутренними вставками, современные чугунные радиаторы немногим их превосходят. Но, как вы увидите позже, чугун имеет другие преимущества.

 

Материалы и их тепловая ёмкость

 

Рассмотрим подробнее вариант работы системы при средних значениях температуры теплоносителя, когда он не успевает охладиться до уровня воздуха в помещении. В этом случае и верхняя и нижняя часть радиатора будут иметь небольшую разницу температур, а котёл будет лишь немного подогревать теплоноситель.

 

Массивность чугунных радиаторов допускает работу в таком режиме. Разогретые до 50–60 ºС, они успевают отдать достаточно тепла комнатному воздуху и при этом обеспечивают стабильный нагрев без ощутимых перепадов. В этом заключается основное отличие от режима работы алюминиевых радиаторов: они работают в циклическом режиме, то прогревая помещения на максимальной мощности, то быстро остывая.

 

Чугунные и стальные радиаторы имеют ещё одну интересную особенность: они передают тепло не только конвекционным путём, но и за счёт прямого излучения. Однако чтобы нагреть такую массу металла, требуется время, порой довольно продолжительное. По скорости выхода на режим и количеству отдаваемого тепла в единицу времени чугунные радиаторы уступают прочим типам. Их выгодно устанавливать в частном доме с хорошим утеплением, а вот при подключении к централизованной системе отопления от чугуна не будет ощутимой пользы. Учитывая тот факт, что в квартирах число секций и пространство для их установки сильно ограничены, лучше отдать предпочтение стали или металлу.

 

Расчётное давление, внутреннее покрытие

 

Дополнительным ограничением при выборе радиаторов отопления всегда выступает качество теплоносителя и технические параметры системы. Для замены старых радиаторов в квартире алюминиевые не годятся, они попросту не рассчитаны на давление свыше 6–8 атм. В качестве замены подойдут как минимум биметаллические, но лучше отдать предпочтение стальным. Их можно с уверенностью назвать самыми неприхотливыми среди прочих разновидностей.

 

Качество воды или другого теплоносителя также сильно ограничивает применение алюминиевых радиаторов. Необходимо быть уверенным, что вода не содержит растворённых ионов в высокой концентрации. Также важно исключить любое проявление электрической эмиссии, что возможно при заземлении/занулении на металлические элементы отопительного водопровода. В таких условиях алюминий корродирует крайне быстро, что сопровождается ярко выраженным газообразованием и завоздушиванием системы.

 

Чугунные батареи вовсе не чувствительны к агрессивным веществам, а достаточно широкие каналы протока допускают значительное содержание механических примесей. Стальные радиаторы могут быть в некоторой мере подвержены осаждению нерастворенных частиц на внутренних стенках, поэтому воду для них нужно фильтровать и смягчать.

 

Водоизмещение, условная тепловая мощность

 

От того, какой объём проходит через радиатор за единицу времени, зависит теплоотдача и потенциальная способность регулировать проток локально. Для чугунных радиаторов требуется несколько большая пропускная способность трубопровода, нежели для стальных и алюминиевых. А это означает сознательное завышение мощности котла и размера расширительного бака.

 

Большое водоизмещение и запас мощности до определённой поры остаются разумными вложениями средств. В таком режиме отопительная система расходует эксплуатационный ресурс гораздо медленнее, наблюдается небольшая прибавка к КПД нагревательного агрегата, а высокая собственная теплоёмкость сглаживает перепады температур. Однако беспредельно наращивать внутренний объём системы не стоит, как минимум из-за нежелательной инерционности системы, к тому же конечной задачей остаётся нагреть воздух в помещении, а не воду в трубах.

Современная методика расчёта отопительной системы подразумевает обратный порядок вычислений. Сперва определяется, сколько нужно установить радиаторов для восполнения теплопотерь, а затем под определённую суммарную мощность выбирается отопительный котёл. При этом расчёт в каждом помещении следует проводить с применением коэффициента избыточности от 1,1 до 1,5 в зависимости от климатических условий, особенностей утепления и плотности размещения радиаторов.

 

Отметим, что значения рассеиваемой мощности — это полностью относительное значение. Так производитель указывает, сколько радиатор способен рассеять тепла в принципе, как если бы он был подключён к идеальной отопительной системе. На деле режимы работы всегда отличаются от идеальных и потому следует брать специальные поправки, отмечая реальный уровень температур от проектного. В указываемых значениях отапливаемой площади также учитывается конвекционная способность радиаторов.

 

Габаритные размеры

 

При выборе радиаторов также обязательно нужно учитывать условия монтажа: получится ли в имеющееся пространство вписать теплообменник с требуемой мощностью рассеяния. Для удобства здесь можно ввести понятие энергетической плотности: она будет наиболее высокой у алюминиевых радиаторов, далее идёт биметалл, затем сталь и наименее выгодными оказываются чугунные батареи. Оценить возможность размещения определённого типа радиаторов достаточно просто, благо они хорошо стандартизированы.

 

Наиболее просто задача обстоит с биметаллическими и алюминиевыми радиаторами. Они собираются из секций, каждая из которых имеет установленный показатель рассеиваемой мощности, водоизмещения и отапливаемой площади. Стандартная ширина секции — 80 мм, высота может меняться от 13,5 до 117,5 см с шагом около 10 см. По глубине секции бывают шести типов в зависимости от числа проточных каналов (колонн). Между размерами секции, её тепловой и конвекционной эффективностью имеется прямо пропорциональная связь.

 

Стальные радиаторы помимо размеров имеют дополнительную маркировку из двух цифр. Первая — число рассеивающих панелей, вторая — количество теплообменных змеевиков. В зависимости от этого меняется глубина радиатора: от 47 до 155 мм. Стальные радиаторы не собираются из секций, и потому их длина определяется индивидуально для каждого изделия в диапазоне от 40 см до 3-х метров. По высоте стальные радиаторы могут быть либо 300мм, либо 500 мм за редкими исключениями.

 

Чугунные радиаторы в вопросах габаритов имеют наименее чёткую стандартизацию. Некоторые производители придерживаются размеров, общепринятых для алюминиевых и биметаллических радиаторов, некоторая продукция соответствует размерам секций старых чугунных батарей: 90х580 мм при глубине 90 или 140 мм.

 

http://www.rmnt.ru/ — сайт RMNT.ru

Калькулятор теплоотвода — электротехнические и электронные инструменты

Калькулятор теплоотвода

Этот калькулятор помогает определить максимальную температуру, которую может выдержать устройство

Выходы

Мощность:

Вт

Температура соединения:

° С

обзор

Этот инструмент предназначен для расчета температуры перехода электронного устройства (как правило, силовых устройств) с учетом четырех параметров: максимальной температуры окружающей среды, термосопротивления соединения к корпусу устройства, теплового сопротивления теплоотвода и применяемой мощности. Он также может рассчитать максимальную мощность, которую может обрабатывать устройство, учитывая температуру его соединения, максимальную температуру окружающей среды, тепловое сопротивление соединения и упаковки и тепловое сопротивление теплоотвода.

уравнения

$$ T_ {J} = P (R_ {case} + R_ {1} + R_ {2}) + T_ {a} $$

Где:

$$ T_ {J} $$ = температура перехода

$$ P $$ = рассеиваемая мощность

$$ R_ {case} $$ = тепловое сопротивление соединения устройства к корпусу

$$ R_ {1} $$ = тепловое сопротивление соединения устройства с воздухом (если нет радиатора) или тепловое сопротивление теплоотвода

$$ R_ {2} $$ = тепловое сопротивление соединения устройства с воздухом

Приложения

Самая высокая рабочая температура, которую может выдерживать полупроводник в электронном устройстве, называется его температурой перехода. Эта температура обычно выше температуры внешнего устройства и его корпуса. Тепло, переданное от перехода к случаю, умноженное на тепловое сопротивление переходного случая, равно разности между температурой перехода и наружной стороной, плюс температура корпуса.

Максимальная температура соединения устройства всегда находится в его таблице данных. Это может быть очень полезно, когда необходимо вычислить требуемое тепловое сопротивление при комнатной температуре, учитывая количество рассеиваемой мощности. Значение максимальной температуры перехода используется для выбора правильного радиатора.

Микропроцессоры часто измеряют температуру его сердечника через датчик. Когда сердечник достигает максимальной температуры перехода, запускается механизм охлаждения. Кроме того, если температура выходит за пределы максимальной температуры перехода, срабатывает тревога, которая предупреждает оператора компьютера о прекращении процесса, который вызывает перегрев ядра процессора.

Заметки

Типичные значения термостойкости для различных электронных пакетов
пакетСоединение к корпусу (° C / Вт)Соединение к воздуху (° C / Вт)
ТО-3560
TO-3912140
К-220362, 5
TO-220FB350
К-22330, 653
TO-252592
TO-263+23, 550
D2PAK435
Термостойкость для печатной платы
РадиаторТепловое сопротивление (° C / Вт)
1 кв. дюйм 1 унция PCB меди43
.5 кв.дюйм 1 унция PCB меди50
.3 кв.дюйм 1 унция PCB меди56
Aavid Thermalloy, SMT радиатор: PN: 573400D0001014

Дальнейшее чтение

  • Техническая статья — Как сохранить мощный транзистор с использованием радиатора
  • Техническая статья — Практические советы по планированию печатных плат Каждый дизайнер должен знать
  • Проекты — Встроенный контроль температуры ПИД-регулятора

Модификации: разгон и охлаждение стр.13

Эффективность теплоотвода

При охлаждении процессора радиатор отводит тепло за пределы устройства (поэтому иногда используется термин теплоотвод). Эта возможность характеризуется такой величиной, как тепловое сопротивление, которое измеряется в градусах Цельсия на ватт (°С/Вт). Чем ниже тепловое сопротивление радиатора, тем эффективнее он может отводить тепло от процессора.

Вычислить характеристики необходимого радиатора можно по формуле

^total (^case ^mle^/^power*

Здесь Tcsae — максимально допустимая температура процессора; Tinlet — максимально допустимая температура радиатора; Ppowet — максимальная мощность, рассеиваемая процессором. Например, для процессора Pentium 4 3.4 Е (ядро Prescott) максимальная рабочая температура составляет 73°С, а температура радиатора — 38°С; при этом максимальная рассеиваемая мощность составляет 103 Вт. Это означает, что необходимый радиатор должен характеризоваться тепловым сопротивлением 0,34°С/Вт ((73°С — 38°С) / 103 Вт = 0,34°С/Вт). В данном случае учитывается сопротивление материала термоинтерфейса (термопасты) и собственно радиатора, поэтому, если вы используете термопасту с известным тепловым сопротивлением 0,0ГС/Вт, радиатор должен характеризоваться тепловым сопротивлением 0,33° С/Вт или меньше.

В качестве более экстремального примера приведем четырехъядерный процессор Core 2 Extreme QX6800, для которого максимально допустимая температура и мощность рассеивания составляют 54,8° С и 130 Вт. Как несложно подсчитать, радиатор для этого процессора должен характеризоваться тепловым сопротивлением 0,13°С/Вт. Такого низкого показателя позволяет добиться водяное охлаждение.

Кроме того, можно воспользоваться формулой

Р = С х V2 х F.

power

Здесь Ppowet — максимальная мощность, рассеиваемая процессором; С — емкость; V — напряжение; F — частота. Таким образом, увеличение частоты в два раза приводит к двукратному увеличению рассеиваемой мощности, в то время как увеличение напряжения в два раза приводит к четырехкратному увеличению мощности. Следовательно, если уменьшить напряжение в два раза, выделяемая мощность уменьшится в четыре раза. Данные взаимосвязи очень важны при разгоне процессора, поскольку при увеличении напряжения рассеиваемая процессором мощность возрастает заметно быстрее, чем его частота.

В общем случае увеличение частоты процессора на 5% приводит к увеличению мощности на ту же величину. Применительно к приведенному выше примеру это означает, что выделяемая процессором мощность увеличивается со 103 до 108,15 Вт, при этом тепловое сопротивление радиатора уменьшается с 0,34 до 0,32°С/Вт. В большинстве случаев, если вы не занимаетесь экстремальным разгоном, возможностей существующего радиатора должно быть вполне достаточно. Кроме того, можно попытаться немного уменьшить напряжение, тем самым уменьшив рассеиваемую энергию. Конечно, снижение напряжения может привести к нестабильной работе процессора, поэтому данная процедура требует проверки. Как видите, при разгоне системы необходимо проводить ее всестороннее тестирование. Следовательно, вам самим придется принимать решение о том, стоит ли увеличение быстродействия затраченных на проверку работоспособности системы времени и сил.


⇐ Предыдущая страница| |Следующая страница ⇒

Как выбрать теплоотвод

С увеличением тепловыделения от устройств микроэлектроники и уменьшением общих форм-факторов управление температурным режимом становится более важным элементом проектирования электронных изделий.

И надежность работы, и ожидаемый срок службы электронного оборудования обратно пропорциональны температуре компонентов оборудования. Взаимосвязь между надежностью и рабочей температурой типичного кремниевого полупроводникового устройства показывает, что снижение температуры соответствует экспоненциальному увеличению надежности и ожидаемого срока службы устройства. Следовательно, долгий срок службы и надежная работа компонента могут быть достигнуты путем эффективного управления рабочей температурой устройства в пределах, установленных инженерами-разработчиками устройства.

Радиаторы — это устройства, которые улучшают отвод тепла от горячей поверхности, обычно в случае тепловыделяющего компонента, в более прохладную окружающую среду, обычно воздух. Для дальнейшего обсуждения предполагается, что охлаждающей жидкостью является воздух. В большинстве случаев теплопередача через границу раздела между твердой поверхностью и охлаждающим воздухом является наименее эффективной в системе, а граница раздела твердое тело-воздух представляет собой наибольший барьер для рассеивания тепла.Радиатор снижает этот барьер в основном за счет увеличения площади поверхности, непосредственно контактирующей с хладагентом. Это позволяет рассеивать больше тепла и / или снижает рабочую температуру устройства. Основная цель радиатора — поддерживать температуру устройства ниже максимально допустимой температуры, указанной производителями устройства.

Тепловой контур

Прежде чем обсуждать процесс выбора радиатора, необходимо определить общие термины и установить концепцию теплового контура.Цель состоит в том, чтобы предоставить основные основы теплопередачи для тех читателей, которые не знакомы с предметом. Обозначения и определения терминов следующие:

Q : общая мощность или скорость рассеивания тепла в Вт, представляют собой скорость рассеивания тепла электронным компонентом во время работы. С целью выбора радиатора выдавалась максимальная рассеиваемая рабочая мощность.

T j : максимальная температура перехода устройства в ° C.Допустимые значения T j находятся в диапазоне от 115 ° C в типичных приложениях микроэлектроники до 180 ° C для некоторых электронных устройств управления. В специальных и военных применениях температура от 65 ° C до 80 ° C не редкость.

T c : температура корпуса устройства в ° C. Поскольку температура корпуса устройства зависит от места измерения, она обычно представляет собой максимальную местную температуру корпуса.

T с : температура раковины в ° C.Опять же, это максимальная температура радиатора в ближайшем к устройству месте.

T a : температура окружающего воздуха в ° C.

Используя температуру и скорость рассеивания тепла, количественная мера эффективности теплопередачи в двух местах теплового компонента может быть выражена в терминах теплового сопротивления R , определяемого как

R = Т / К

Были T — разница температур между двумя точками.Единица теплового сопротивления — ° C / Вт, что указывает на повышение температуры на единицу скорости рассеивания тепла. Это тепловое сопротивление аналогично электрическому сопротивлению R и , определяемому по закону Ома:

R e = V / I

Если В, — это разница напряжений, а I — ток.

Рисунок 1: Схема термического сопротивления

Рассмотрим простой случай, когда радиатор установлен на корпусе устройства, как показано на рис. 1.Используя понятие теплового сопротивления, можно нарисовать упрощенную тепловую схему этой системы, как это также показано на рисунке. В этой упрощенной модели тепло последовательно течет от перехода к корпусу, затем через интерфейс в радиатор и, наконец, рассеивается от радиатора в воздушный поток.

Термическое сопротивление между переходом и корпусом устройства определяется как

.

R jc = (T jc ) / Q = (T j — T c ) / Q

Это сопротивление указано производителем устройства.Хотя значение R jc данного устройства зависит от того, как и где используется механизм охлаждения над корпусом, оно обычно дается как постоянное значение. Также считается, что R jc находится вне возможностей пользователя изменять или контролировать.

Аналогичным образом сопротивление между корпусом и стоком и между стоком и окружающей средой определяется как

R cs = (T cs ) / Q = (T c — T с ) / Q

R sa = (T sa ) / Q = (T s — T a ) / Q

соответственно.Здесь R cs представляет тепловое сопротивление на границе раздела между корпусом и радиатором и часто называется сопротивлением интерфейса. Это значение может быть существенно улучшено в зависимости от качества сопрягаемой поверхности и / или выбора материала интерфейса. R sa — тепловое сопротивление радиатора.

Очевидно, что полное сопротивление перехода к окружающей среде является суммой всех трех сопротивлений:

R ja = R jc + R cs + R sa = (T j — T a ) / Q

Требуемое тепловое сопротивление радиатора

Чтобы начать выбор радиатора, первым делом необходимо определить тепловое сопротивление радиатора, необходимое для удовлетворения тепловых критериев компонента. Изменив предыдущее уравнение, сопротивление радиатора можно легко получить как

R sa = ((T s — T a ) / Q) — R jc — R cs

В этом выражении T j , Q и R jc предоставляются производителем устройства, а T a и R cs являются параметрами, определяемыми пользователем.

Температура окружающего воздуха T a для охлаждения электронного оборудования зависит от рабочей среды, в которой предполагается использовать компонент.Как правило, она находится в диапазоне от 35 до 45 ° C, если используется внешний воздух, и от 50 до 60 ° C, если компонент находится в закрытом помещении или находится за другим тепловыделяющим оборудованием.

Сопротивление интерфейса R cs зависит от отделки поверхности, плоскостности, приложенного монтажного давления, площади контакта и, конечно же, от типа материала интерфейса и его толщины. Трудно получить точное значение этого сопротивления даже для заданного типа материала и толщины, поскольку оно может широко варьироваться в зависимости от давления монтажа и других параметров, зависящих от конкретного случая.Однако более надежные данные можно получить напрямую от производителей материалов или от производителей радиаторов. Типичные значения для общих материалов интерфейса приведены в таблице 1.

Материал Электропроводность
Вт / дюйм ° C
Толщина
дюймы
Сопротивление
дюйм 2 ° C / Вт
Термическое соединение There-O-Link
0. 010 0,002 0,19
Высокопроизводительный термопаста
0,030 0,002 0,07
Кон-Дукс 0,030 0,005 0,17
A-Dux 0,008 0,004 0,48
1070 Ручка Ther-A-Grip 0,014 0,006 0,43
1050 Ручка Ther-A-Grip 0.009 0,005 0,57
1080 Ручка Ther-A-Grip 0,010 0,002 0,21
1081 Ручка Ther-A-Grip 0,019 0,005 0,26
A-Phi 220 @ 20 фунтов на кв. Дюйм 0,074 0,020 0,27
1897 в Сил-8 0,010 0,008 0,81
1898 в Сил-8 0.008 0,006 0,78
Таблица 1: Термические свойства интерфейсных материалов 1

Когда все параметры в правой части выражения R sa определены, это становится требуемым максимальным тепловым сопротивлением радиатора для данного приложения. Другими словами, значение теплового сопротивления выбранного радиатора для данного приложения должно быть равным или меньше значения R на , чтобы температура перехода поддерживалась на уровне или ниже указанного значения T j .

Выбор радиатора

При выборе подходящего радиатора, отвечающего требуемым тепловым критериям, необходимо изучить различные параметры, которые влияют не только на характеристики самого радиатора, но и на общую производительность системы. Выбор конкретного типа радиатора во многом зависит от теплового баланса, предусмотренного для радиатора, и внешних условий, окружающих радиатор. Следует подчеркнуть, что для данного радиатора никогда не может быть одного значения теплового сопротивления, поскольку тепловое сопротивление изменяется в зависимости от внешних условий охлаждения.

При выборе радиатора необходимо классифицировать воздушный поток как естественный, смешанный с малым расходом или принудительную конвекцию с сильным потоком. Естественная конвекция возникает, когда нет потока, индуцированного извне, а теплопередача зависит исключительно от свободного всплывающего потока воздуха, окружающего радиатор. Принудительная конвекция возникает, когда поток воздуха вызывается механическими средствами, обычно вентилятором или нагнетателем. Нет четкого различия по скорости потока, разделяющего смешанный и принудительный режимы течения.В приложениях принято считать, что влияние выталкивающей силы на общую теплопередачу уменьшается до незначительного уровня (менее 5%), когда скорость индуцированного воздушного потока превышает 1 2 м / с (от 200 до 400 лфм).

Следующим шагом является определение необходимого объема радиатора. В таблице 2 показаны приблизительные диапазоны объемного теплового сопротивления типичного радиатора при различных условиях потока.

Условия потока
м / с (лфм)
Объемное сопротивление
см3 ° C / Вт (дюйм 3 ° C / Вт)
естественная конвекция 500-800 (30-50)
1.0 (200) 150–250 (10-15)
2,5 (500) 80-150 (5-10)
5,0 (1000) 50-80 (3-5)
Таблица 2: Диапазон объемного термического сопротивления

Объем радиатора для данного низкого состояния может быть получен путем деления объемного теплового сопротивления на требуемое тепловое сопротивление. Таблицу 2 следует использовать только в качестве руководства для целей оценки в начале процесса отбора.Фактические значения сопротивления могут отличаться за пределами указанного выше диапазона в зависимости от многих дополнительных параметров, таких как фактические размеры радиатора, тип радиатора, конфигурация потока, ориентация, обработка поверхности, высота над уровнем моря и т. Д. Меньшие значения, показанные выше, соответствуют объем теплоотвода примерно от 100 до 200 см 3 (от 5 до 10 дюймов 3 ), а более крупные — примерно до 1000 см 3 (60 дюймов 3 ).

Приведенные выше диапазоны предполагают, что конструкция оптимизирована для заданных условий потока.Хотя существует множество параметров, которые следует учитывать при оптимизации радиатора, одним из наиболее важных параметров является плотность ребер. В плоском радиаторе с ребрами оптимальное расстояние между ребрами сильно зависит от двух параметров: скорости потока и длины ребер в направлении потока. Таблицу 3 можно использовать в качестве руководства для определения оптимального расстояния между ребрами радиатора с плоскими ребрами в типичных приложениях.

Длина ребра, мм (дюйм)
Условия потока
м / с (лфм)
75
3.0
150
6.0
225
9,0
300
12,0
Естественная конвекция 6,5
0,25
7,5
0,30
10
0,38
13
0,50
1,0 (200) 4.0
0,15
5,0
0,20
6,0
0,24
7,0
0,27
2,5 (500) 2,5
0,10
3,3
0,13
4,0
0,16
5,0
0,20
5.0 (1000) 2,0 ​​
0,08
2,5
0,10
3,0
0,12
3,5
0,14
Таблица 3: Расстояние между ребрами (в мм / дюймов, ) в зависимости от расхода и длины ребер

Средняя производительность типичного радиатора линейно пропорциональна ширине радиатора в направлении, перпендикулярном потоку, и приблизительно пропорциональна квадратному корню из длины ребра в направлении, параллельном потоку.Например, увеличение ширины радиатора в два раза увеличит способность рассеивания тепла в два раза, тогда как способность рассеивания тепла увеличится в 1,4 раза. Следовательно, если есть выбор, желательно увеличить ширину радиатора, а не длину радиатора. Кроме того, эффект радиационной теплопередачи очень важен при естественной конвекции, так как на нее может приходиться до 25% общего рассеивания тепла. Если компонент не обращен к более горячей поверхности поблизости, необходимо обязательно покрасить или анодировать поверхности радиатора для усиления излучения.

Типы радиаторов

Радиаторы можно классифицировать по способам производства и формам конечной формы. К наиболее распространенным типам радиаторов с воздушным охлаждением относятся:

    1. Штамповки : Металлические листы из меди или алюминия штампуются в желаемые формы. они используются в традиционном воздушном охлаждении электронных компонентов и предлагают недорогое решение тепловых проблем с низкой плотностью. Они подходят для крупносерийного производства, поскольку усовершенствованная оснастка с высокоскоростной штамповкой снизит затраты.Дополнительные трудосберегающие опции, такие как краны, зажимы и материалы интерфейса, могут быть применены на заводе, чтобы помочь снизить затраты на сборку платы.
    2. Экструзия : они позволяют формировать сложные двухмерные формы, способные рассеивать большие тепловые нагрузки. Они могут быть вырезаны, обработаны и добавлены дополнительные опции. Поперечная резка приведет к образованию всенаправленных радиаторов с прямоугольными штыревыми ребрами, а включение зубчатых ребер повысит производительность примерно на 10-20%, но с более медленной скоростью экструзии.Пределы экструзии, такие как высота ребра до толщины зазора ребра, обычно определяют гибкость вариантов конструкции. Типичное соотношение высоты ребра к зазору до 6 и минимальная толщина ребра 1,3 мм достигаются при стандартной экструзии. Соотношение сторон 10: 1 и толщина ребра 0,8 ″ могут быть достигнуты с помощью специальных конструктивных особенностей штампа. Однако по мере увеличения соотношения сторон допуск на экструзию ухудшается.
    3. Склеенные / изготовленные ребра : Большинство радиаторов с воздушным охлаждением ограничены конвекцией, и общие тепловые характеристики радиатора с воздушным охлаждением часто могут быть значительно улучшены, если большая площадь поверхности может быть подвергнута воздействию воздушного потока.В этих высокоэффективных радиаторах используется теплопроводящая эпоксидная смола с алюминиевым наполнителем для приклеивания плоских ребер к рифленой экструзионной базовой пластине. Этот процесс обеспечивает гораздо большее соотношение высоты ребра к зазору от 20 до 40, что значительно увеличивает охлаждающую способность без увеличения требований к объему.
    4. Отливки : Доступны процессы литья под давлением, литья под давлением с использованием вакуума или без него, из алюминия или меди / бронзы. Эта технология используется в радиаторах с ребристыми штырями высокой плотности, которые обеспечивают максимальную производительность при использовании ударного охлаждения.
    5. Гнутые ребра : гофрированный лист из алюминия или меди увеличивает площадь поверхности и, следовательно, объемные характеристики. Затем радиатор прикрепляется либо к опорной плите, либо непосредственно к поверхности нагрева с помощью эпоксидной смолы или пайки. Он не подходит для радиаторов с высоким профилем из-за доступности и эффективности ребер. Следовательно, он позволяет изготавливать радиаторы с высокими эксплуатационными характеристиками для различных применений.

На рис. 2 показан типичный диапазон функций стоимости для различных типов радиаторов с точки зрения требуемого теплового сопротивления.

Рисунок 2: Стоимость в зависимости от требуемого термического сопротивления

Эффективность различных типов радиаторов сильно зависит от потока воздуха, проходящего через радиатор. Для количественной оценки эффективности различных типов радиаторов, объемная эффективность теплопередачи может быть определена как

.

, где м, — массовый расход через радиатор, c — теплоемкость жидкости, а T sa — средняя разница температур между радиатором и окружающим воздухом.Эффективность теплопередачи была измерена для широкого диапазона конфигураций радиатора, и их диапазоны перечислены в таблице 4.

Тип радиатора n диапазон, %
Пластины плоские и штамповочные 10–18
Ребристые профили 15-22
Ударный поток
Радиаторы вентилятора
25-32
Полностью вытяжные экструзии 45-58
Ребро со штифтом,
Склеенные и загнутые ребра
78-90
Таблица 4: Диапазон эффективности теплопередачи

Улучшенные тепловые характеристики обычно связаны с дополнительными затратами либо на материалы, либо на производство, либо на то и другое.

График температурных характеристик

Графики производительности, типичные для тех, которые публикуются поставщиками радиаторов, показаны на рис. 3. Графики представляют собой композицию двух отдельных кривых, объединенных в один рисунок. Предполагается, что охлаждаемое устройство правильно установлено, а радиатор находится в своей обычно используемой монтажной ориентации по отношению к направлению воздушного потока. Первый график, перемещающийся из нижнего левого угла в верхний правый, представляет собой кривую естественной конвекции повышения температуры радиатора, T sa по сравнению с Q .Кривые естественной конвекции также предполагают, что радиатор окрашен или анодирован в черный цвет. Кривая сверху слева направо вниз представляет собой кривую принудительной конвекции теплового сопротивления в зависимости от скорости воздуха. При принудительной конвекции T sa линейно пропорционально Q , следовательно, R sa не зависит от Q и становится функцией только скорости потока. Однако явление естественной конвекции является нелинейным, поэтому необходимо представить T sa как функцию Q.
Рисунок 3: Типовые графики производительности

Можно использовать графики производительности для определения радиатора и, для приложений с принудительной конвекцией, для определения минимальной скорости потока, которая удовлетворяет тепловым требованиям. Если необходимое тепловое сопротивление в приложении принудительной конвекции составляет, например, 8 ° C / Вт, приведенная выше кривая зависимости теплового сопротивления от скорости потока показывает, что скорость должна быть не ниже 2,4 м / с (470 лфм).Для приложений с естественной конвекцией требуемое термическое сопротивление R sa можно умножить на Q , чтобы получить максимально допустимое значение T sa . Превышение температуры выбранного радиатора должно быть равным или меньше максимально допустимого T sa при том же Q .

Напоминаем читателям, что кривые естественной конвекции предполагают произвольную ориентацию радиатора относительно силы тяжести.Кроме того, скорость потока на графике принудительной конвекции представляет собой скорость набегающего потока без учета влияния обхода потока. Было проведено ограниченное количество исследований 2,3 на предмет перепуска потока. Эти исследования показывают, что байпас потока может снизить эффективность радиатора на целых 50% при той же скорости потока на входе. Для получения дополнительной информации по этому вопросу читатели могут обратиться к процитированным источникам.

Когда устройство существенно меньше базовой пластины радиатора, возникает дополнительное тепловое сопротивление, называемое сопротивлением растекания, которое необходимо учитывать в процессе выбора.Графики производительности обычно предполагают, что тепло равномерно распределяется по всей базовой площади радиатора, и, следовательно, не учитывают дополнительное повышение температуры, вызванное меньшим источником тепла. Это сопротивление растеканию обычно может составлять от 5 до 30% от общего сопротивления радиатора и может быть оценено с помощью простого аналитического выражения, разработанного в ссылке 4.

Еще один критерий проектирования, который необходимо учитывать при выборе радиатора, — это влияние высоты.Хотя температура воздуха в помещении обычно контролируется и не зависит от изменения высоты, давление воздуха в помещении изменяется с высотой. Поскольку многие электронные системы устанавливаются на большой высоте, необходимо снизить характеристики теплоотвода в основном из-за более низкой плотности воздуха, вызванной более низким давлением воздуха на большей высоте. В таблице 5 показаны коэффициенты снижения характеристик для типичных радиаторов на большой высоте. Например, чтобы определить фактические тепловые характеристики радиатора на высотах, отличных от уровня уплотнения, значения теплового сопротивления, считанные с графиков рабочих характеристик, следует разделить на коэффициент снижения мощности, прежде чем значения будут сравнены с требуемым тепловым сопротивлением. .

Высота
м / футов
Фактор
0, уровень моря 1,00
1000 3000 0,95
1500 5000 0,90
2000 7000 0,86
3000 10000 0.80
3500 12000 0,75
Таблица 5: Коэффициенты снижения номинальных характеристик на высоте

Список литературы
    1. Aavid Engineering, Inc., EDS № 117, Интерфейсные материалы , январь 1992 г.
    2. R.A. Виртц, В. Чен и Р. Чжоу, Влияние обхода потока на характеристики радиаторов с продольными ребрами , ASME Journal of Electronic Packaging », Vol.~ 116, с. ~ 206-211, 1994.
    3. S. Lee, Оптимальная конструкция и выбор радиаторов , Труды 11-го симпозиума IEEE Semi-Therm Symposium, стр. 48-54, 1995.
    4. С. Сонг, С. Ли и В. Ау, Уравнение в замкнутой форме для тепловых сопротивлений сужения / растекания с переменным граничным условием сопротивления , Труды технической конференции IEPS 1994, стр. 111-121, 1994.

Как выбрать радиатор

Радиаторы являются важным элементом схемотехники, поскольку они обеспечивают эффективный путь передачи тепла в окружающий воздух и от электронных устройств (например,Биполярные транзисторы, полевые МОП-транзисторы, линейные регуляторы, корпуса BGA и т. Д.). Общая теория радиатора заключается в увеличении площади поверхности выделяющего тепло устройства, что позволяет более эффективно передавать тепло в окружающую среду. Этот улучшенный тепловой путь снижает повышение температуры в соединении электронного устройства. Следующий пост предназначен для ознакомления с основными принципами выбора радиатора с использованием тепловых данных из вашего приложения и спецификаций от поставщика радиатора.

Требуется ли радиатор?

В оставшейся части этого поста предположим, что приложение разрабатывается с использованием транзистора, размещенного в корпусе TO-220, коммутационные потери и потери проводимости транзистора равны рассеиваемой мощности 2,78 Вт и рабочей температуре окружающей среды. температуры этого приложения не должна превышать 50 ° C. Потребуется ли радиатор для этого транзистора?

Чертежи спереди и сбоку типичного корпуса TO-220 с радиатором

Первый шаг — собрать и понять все тепловые сопротивления, которые мешают 2.78 Вт из-за рассеивания в окружающий воздух. Если эти ватты не могут эффективно рассеиваться, температура перехода внутри корпуса TO-220 вырастет за пределы рекомендуемых рабочих условий (обычно 125 ° C для кремния).

Большинство поставщиков транзисторов документируют термическое сопротивление «переход-окружающая среда», обозначаемое символом R θ J-A , которое измеряется в градусах Цельсия / Вт. Это значение показывает, насколько температура перехода превысит температуру окружающей среды, окружающей корпус TO-220, на каждый ватт мощности, рассеиваемой внутри устройства.

Например, если поставщик транзистора заявляет, что тепловое сопротивление от перехода к окружающей среде составляет 62 ° C / Вт, это означает, что 2,78 Вт, рассеиваемые внутри корпуса TO-220, вызовут повышение температуры перехода на 172 ° C. выше температуры окружающей среды (рассчитано как 2,78 Вт x 62 ° C / Вт). Если предположить, что наихудшая температура окружающей среды для этого применения составляет 50 ° C, температура перехода достигнет 222 ° C (рассчитывается как 50 ° C + 172 ° C). Это намного превышает номинальную температуру кремния 125 ° C и приведет к необратимому повреждению транзистора.Следовательно, требуется радиатор. Присоединение радиатора значительно снизит тепловое сопротивление перехода к окружающей среде. Следующим шагом будет определение того, насколько низким должен быть путь теплового сопротивления для безопасной и надежной работы.

Определение путей теплового импеданса

Для этого начните с максимально допустимого повышения температуры. Если максимальная рабочая температура окружающей среды приложения составляет 50 ° C, а кремниевый переход должен оставаться на уровне 125 ° C или ниже, максимальное допустимое повышение температуры составляет 75 ° C (рассчитывается как 125 ° C — 50 ° C).

Затем вычислите максимально допустимое тепловое сопротивление между переходом и окружающим воздухом. Если максимально допустимое повышение температуры составляет 75 ° C, а мощность, рассеиваемая в корпусе TO-220, составляет 2,78 Вт, максимальное допустимое тепловое сопротивление будет 27 ° C / Вт (рассчитано как 75 ° C ÷ 2,78 Вт).

Наконец, сложите все пути теплового сопротивления от кремниевого перехода до окружающего воздуха и убедитесь, что их сумма меньше максимально допустимого теплового сопротивления; 27 ° C / Вт в этом примере.

Графическое изображение тепловых сопротивлений, которые должны быть рассчитаны и сложены между переходом и окружающим воздухом в типичном применении TO-220

Из рисунка выше первое необходимое тепловое сопротивление — это «переход от корпуса к корпусу», обозначенное символом R θ JC . Это показатель того, насколько легко тепло может передаваться от соединения, где оно генерируется, на поверхность (корпус) устройства (в данном примере TO-220). Большинство производителей укажут этот импеданс в своих таблицах вместе с метрикой соединения с окружающей средой.В этом примере предполагаемое тепловое сопротивление между переходом и корпусом составляет 0,5 ° C / Вт.

Второй требуемый тепловой импеданс — это «корпус-сток», обозначаемый символом R θ CS Это мера того, насколько легко тепло может передаваться от поверхности (корпуса) устройства к поверхности радиатора. . Из-за неровностей поверхностей корпуса TO-220 и основания радиатора обычно рекомендуется использовать термоинтерфейсный материал (TIM или «термопаста») между двумя поверхностями, чтобы гарантировать, что они полностью сцеплены с точки зрения теплового режима. .Это значительно улучшает передачу тепла от корпуса TO-220 к радиатору, но имеет связанный с этим термический импеданс, который необходимо учитывать.

Увеличенный чертеж, показывающий необходимость в материале для термоинтерфейса (TIM)

Учет материалов для термоинтерфейса

Термоинтерфейсные материалы (TIM) обычно характеризуются своей теплопроводностью в ваттах на метр-градус Цельсия (Вт / (м ° C)) или ваттах на метр-кельвин (Вт / (м · К)).В этом примере градусы Цельсия и Кельвина являются взаимозаменяемыми, потому что они оба используют одно и то же приращение измерения температуры, и рассчитывается повышение / понижение температуры (например, повышение температуры на 45 ° C эквивалентно повышению температуры на 45 К. ). Единица измерения присутствует в метрах, потому что полное сопротивление TIM зависит от соотношения толщины (толщины материала TIM в метрах) по площади (площадь, на которую распространяется TIM в метрах 2 ) , что дает 1 / м (рассчитывается как м / м 2 = 1 / м).В этом примере тонкий слой TIM будет нанесен на область металлических язычков корпуса TO-220. Вот конкретные свойства TIM и сведения о приложении, использованные в этом примере:

Теплопроводность

TIM («K»): 0,79 Вт / (м ° C) = 0,79 Вт / (м · K)

Область применения TIM: 112 мм 2 = 0,000112 м 2

Толщина покрытия ТИМ: 0,04 мм = 0,00004 м

Тепловой импеданс TIM может быть рассчитан на основе свойств, перечисленных выше, с использованием следующего уравнения (обратите внимание на использование измерителей для согласованности единиц измерения):

R θ C-S = ( Толщина / Площадь ) x (1/ Проводимость )

R θ C-S = (0.00004 / 0,000112) х (1 / 0,79)

R θ C-S = 0,45 C / W или 0,45 K / W

Выбор радиатора

Окончательный требуемый тепловой импеданс — это «сток-окружающая среда», обозначенный символом R θ S-A . Это показатель того, насколько легко тепло может передаваться от основания радиатора к окружающему воздуху. Поставщики радиаторов, такие как устройства CUI, обычно предоставляют графики, подобные приведенному ниже, или точки данных, чтобы проиллюстрировать, насколько легко тепло может передаваться от радиатора в окружающий воздух при различных условиях воздушного потока и нагрузках.

График, показывающий типичное превышение температуры монтажной поверхности радиатора выше

окружающей среды. В этом примере предполагается, что установка работает в условиях естественной конвекции без какого-либо воздушного потока. Приведенный выше график можно использовать для расчета окончательного теплового сопротивления (от стока к окружающей среде) для этого конкретного радиатора. Повышение температуры поверхности выше температуры окружающей среды, деленное на рассеиваемое тепло, обеспечивает тепловое сопротивление в этих конкретных рабочих условиях. В этом примере количество рассеиваемого тепла равно 2.78 Вт, что приводит к повышению температуры поверхности выше 53 ° C. Разделив 53 ° C на 2,78 Вт, получаем тепловое сопротивление между стоком и окружающей средой, равное 19,1 ° C / Вт (рассчитано как 53 ° C ÷ 2,78 Вт).

В предыдущих расчетах максимальное допустимое сопротивление между переходом и окружающим воздухом составляло 27 ° C / Вт. Вычитая импеданс перехода к корпусу (0,5 ° C / Вт) и импеданса корпуса до раковины (0,45 ° C / Вт), максимальный запас для радиатора составляет 26,05 ° C / Вт. (рассчитано как 27 ° C / Вт — 0,5 ° C / Вт — 0.45 ° C / Вт). Тепловое сопротивление 19,1 ° C / Вт для этого радиатора при предполагаемых условиях значительно ниже ранее рассчитанного допуска 26,05 ° C / Вт. Это приводит к более низкой температуре кремниевого перехода внутри корпуса TO-220 и большему запасу тепла в конструкции. Максимальную температуру перехода можно оценить, сложив все тепловые сопротивления, умножив их на количество Вт, рассеиваемых в переходе, и прибавив результат к максимальной температуре окружающей среды:

Расчетная температура перехода. = T Окружающая среда + Вт x (R θJ-C + R θ C-S + R θ S-A )

Расчетная температура перехода. = 50 + 2,78 х (0,5 + 0,45 + 19,1)

Расчетная температура перехода. = 105,7 ° С

Важность радиаторов

Радиаторы являются важным элементом управления температурным режимом, как показано в этом примере. Без радиатора температура кремниевого перехода внутри корпуса TO-220 значительно превысила бы номинальный предел в 125 ° C.Процесс, используемый в этом примере, можно легко изменить и повторить, чтобы помочь дизайнерам выбрать радиаторы надлежащего размера для множества различных приложений.

Основные выводы

  • Радиаторы являются важным элементом схемотехники, поскольку они обеспечивают эффективный путь передачи тепла в окружающий воздух вдали от электронных устройств.
  • Определение максимальной температуры окружающей среды и мощности, рассеиваемой внутри приложения, поможет оптимизировать выбор радиатора; не слишком мелкие, вызывающие выгорание, и не слишком большие траты денег.
  • Термоинтерфейсные материалы (TIM)
  • играют важную роль в более эффективной и равномерной передаче тепла между двумя поверхностями.
  • После того, как параметры приложения были определены (например, температура окружающей среды, рассеиваемая мощность, пути теплового сопротивления и т. Д.), Функция Parametric Search от CUI Devices может помочь в поиске подходящего уровня платы или радиатора BGA для работа.

электронная книга

Загрузите бесплатное полное руководство по управлению температурным режимом

Доступ сейчас

Дополнительные ресурсы


У вас есть комментарии к этому сообщению или темам, которые вы хотели бы, чтобы мы освещали в будущем?
Отправьте нам письмо по адресу cuiinsights @ cuidevices.ком

Как рассчитать радиатор — OnElectronTech

Повышение производительности всегда важно при разработке электроники. Современная электроника обычно включает в себя полупроводниковые устройства, пассивные устройства, такие как резисторы и конденсаторы, а также другие компоненты, чувствительные к механизмам термически ускоренного отказа. Когда устройство рассеивает энергию, выделяется тепло. Тепло нельзя сразу передать с одного места на другое.Накопленное тепло в определенном месте вызывает повышение температуры, а градиент температуры вызывает передачу тепла от горячей поверхности к холодной. Есть три способа передачи тепла, теплопроводности, конвекции и излучения. Метод проектирования пути теплопередачи и изменение поведения электронной системы являются основными при проектировании теплового управления. Конструкция с тепловым управлением стала важным методом повышения производительности и надежности всех электронных приложений.Когда электронные схемы включены, они выделяют тепло, которое вызывает повышение температуры электронного компонента. Когда температура приближается к максимальной температуре перехода устройства, T Jmax , устройство испытывает процессы от снижения производительности до наихудшего состояния, затем выходит из строя и в конечном итоге выходит из строя. Управление температурой помогает нам предотвратить перегрев устройства за счет быстрой передачи тепла от устройства через эффективные радиаторы, выключения устройства или охлаждения устройства.Дизайн управления тепловым режимом настолько важен, что его необходимо спланировать и разработать на этапе компоновки печатной платы, чтобы избежать высоких затрат на добавление управления тепловым режимом на более позднем этапе. Чтобы разработать оптимальное решение для управления температурным режимом, нам необходимо точно понимать, как эффективно передавать тепло в конкретном электронном приложении, как рассчитывать удельную тепловую нагрузку и выбирать наиболее подходящие решения для теплоотвода.

Несмотря на то, что терморегулирование жизненно важно для электронных устройств, оно может быть очень трудным и сложным, поскольку требует не только знания схемы, физики и структуры, но и точного математического анализа гидродинамики.Для облегчения проектирования электроники полезно упростить тепловую схему для практических приложений. К счастью, многие исследователи предоставили различные термические аналитические модели для электронного теплового проектирования, такие как модель теплового сопротивления. Термическое сопротивление компонента обозначается омическим сопротивлением с единицей измерения ° C / ватт (° C / Вт). Подобно цепи сопротивления, сеть термического сопротивления может состоять из одного резистора, двух резисторов и нескольких резисторов, включенных в последовательную или параллельную конфигурацию.Более конкретно, это может быть представлено символом θ, θ JA (тепловое сопротивление перехода к окружающей среде), θ JC (тепловое сопротивление перехода к корпусу) и θ CA (от корпуса к окружающей среде). тепловое сопротивление) и т. д. θ = 100 ° C / Вт означает, что рассеиваемая мощность 1 Вт вызывает повышение температуры на 100 ° C. Обратите внимание, что эта зависимость линейна, как и закон Ома.

Модель термического сопротивления 2R

Модель термического сопротивления 2R представляет собой базовое приближение для упрощения теплового пути между компонентом на печатной плате и окружающим воздухом через корпус компонента напрямую или через радиатор.Имея линейную зависимость между тепловым сопротивлением и рассеиваемой мощностью, у нас есть формула для расчета эффективного температурного дифференциала:

ΔT = P x θ

Чтобы использовать модель теплового сопротивления, у нас есть следующие условные обозначения:

  • Θ = Тепловое сопротивление (° C / Вт)
  • P = рассеиваемая мощность (Вт)
  • T = температура (° C)
  • ΔT = перепад температур (° C)
  • θ JA = тепловое сопротивление соединения и окружающей среды (° C / W)
  • θ JC = Тепловое сопротивление между корпусом и переходом (° C / Вт)
  • θ CA = Тепловое сопротивление корпуса и окружающей среды (° C / Вт)
  • θ JA = θ JC + θ CA
  • T J = T A + (P x θ JA )

В приведенной выше модели термического сопротивления 2R мы можем добавить радиатор, который представляет собой устройство, прикрепленное к компоненту для отвода тепла.Радиатор имеет сложную модель, включающую множество трехмерных тепловых сопротивлений. Опять же, у нас есть упрощенная линейная модель теплового сопротивления радиатора для приблизительной оценки тепловой нагрузки.

θ JA = θ JC + θ CS + θ SA

θ CS = Тепловое сопротивление корпуса и радиатора (° C / Вт)

θ SA = Тепловое сопротивление радиатора окружающей среды Сопротивление (° C / Вт)

θ CS зависит от многих факторов, таких как метод сборки, шероховатость поверхности и тип термопаста (паста, смазка, клей и т. Д.)). Его значение обычно невелико, и им часто можно пренебречь в модели.

θ SA — это сопротивление радиатора, которое включает все три пути теплопередачи: теплопроводность, конвекцию и излучение. В упрощенной модели термического сопротивления теплопроводность и теплопередача излучения могут быть точно рассчитаны с использованием аналитических тепловых моделей. Расчет конвективной теплопередачи сложен и требует более точных моделей. Обычно при оценке мы можем использовать данные производителя радиатора для выбора радиатора на последнем этапе теплового расчета.

Поскольку ΔT = P x θ, мы можем расширить формулу θ JA = θ JC + θ CS + θ SA

В приведенной выше формуле T Jmax , P D и θ JC указаны как известные параметры в техническом описании устройства. Чтобы рассчитать θ SA , нам просто нужны TA и θ CS . TA, температура окружающей среды для охлаждения компонента, зависит от окружающей среды и обычно составляет от 35 ℃ до 45 ℃, если используется охлаждающий вентилятор, или от 50 ℃ до 60 ℃, если компонент закрыт.Что касается θ CS , он обычно невелик и зависит от того, как компонент собирается, монтируется, а также от шероховатости поверхности и используемого термопаста. θ CS можно приобрести у производителей материалов радиатора.

Радиатор добавляет собственное тепловое сопротивление θCA к общему тепловому сопротивлению.
  1. 7805 (корпус TO-220) в качестве примера для разработки радиатора
    Если I = 350 мА и Vin = 12 В, то рассеиваемая мощность P D = (12 В — 5 В) * 0,35 А = 2.45Вт. Согласно тепловому сопротивлению θ JA = 54 ℃ / Вт корпуса TO-220, повышение температуры составляет 132 ℃, и предположим, что температура окружающей среды составляет 25 ℃, тогда конечная температура составит 132 ℃ + 25 ℃ = 157 ℃, что превышает точку тепловой защиты 7805, которая составляет 150 ℃, 7805 отключит выход из-за тепловой защиты.
  2. правильный метод проектирования радиатора
    Во-первых, нам нужно определить самую высокую температуру окружающей среды, при которой устройство будет работать, например 60 ℃.Согласно таблице данных 7805, мы определяем максимальную температуру перехода коммерческой версии 7805, T Дж (макс.) = 125 ℃, тогда допустимое повышение температуры составляет 125 ℃ — 60 ℃ = 65 ℃. Требуемое тепловое сопротивление: ΔT / P D = 65 ℃ / 2,45 Вт = 26 ℃ / Вт.

Затем проверьте тепловое сопротивление 7805, указанное в таблице данных, тепловое сопротивление корпуса TO-220 θ JA. = 54 ℃ / Вт, а тепловое сопротивление корпуса TO-3 θ JA = 39 ℃ / Вт, что выше расчетного значения, 26 ℃ / Вт.Следовательно, их нельзя использовать напрямую, если не добавлен радиатор для отвода излишнего тепла, которое он генерирует.

Предположим, что материал интерфейса представляет собой силиконовую смазку с термическим сопротивлением ρ = 48 ℃ — дюйм / Вт, толщиной силиконовой смазки t = 0,0015 дюйма и площадью контактной поверхности A = 0,34 кв. Дюйма.

Таким образом, тепловое сопротивление корпуса и радиатора θ CS намного меньше, чем указано в спецификации, когда мы используем термопасту.

Далее нам необходимо определить тепловое сопротивление корпуса перехода, θ JC , которое часто указывается в технических характеристиках высокомощных устройств, например, TO-3 в корпусе 7805 имеет типичное значение θ JC , равное 4. ℃ / Вт и TO-220 в упаковке 7805 имеет типичный θ JC 3 ℃ / Вт.

Теперь мы можем определить тепловое сопротивление радиатора относительно окружающей среды θ SA для TO-220 7805.

Таким образом, мы определили, что используемый радиатор должен иметь тепловое сопротивление не более 23,32. ℃ / Вт.

Резюме
В конечном итоге нет строгого метода расчета теплоотвода, и нет необходимости строго рассчитывать. На практике это основано на теории, чтобы сделать оценку, а затем попробовать ее на полную мощность.По прошествии достаточного времени проверки внесите необходимые изменения в радиатор в соответствии с температурой поверхности устройства.
Обычно производители делают радиаторы из алюминиевых сплавов, а затем чернят поверхность, чтобы улучшить отвод тепла. При изготовлении этих радиаторов их теплопроводность и тепловое поведение, возможно, никогда не рассчитывались или не моделировались на основе теорий тепловой динамики. Проще говоря, энергопотребление можно оценить, найдя результат разницы между входным и выходным напряжением X потребляемого тока, и это также тепло, которое должно рассеиваться радиатором.

Поделитесь своими знаниями

8.5: Использование теплоотвода — разработка LibreTexts

Когда полупроводниковые устройства рассеивают значительную мощность, необходимо рассмотреть вариант охлаждающего элемента. Схемы регулирования питания не исключение. Проходные транзисторы, используемые как в линейных, так и в импульсных регуляторах, могут быть вынуждены рассеивать большое количество энергии. Результатом этого является производство тепла. Как правило, срок службы полупроводников падает с повышением рабочей температуры.{\ circ} \) C диапазон. Хотя в силовых транзисторах используются более тяжелые металлические корпуса, они, как правило, сами по себе не подходят для приложений с высоким уровнем рассеяния.

Для увеличения теплового КПД устройства используется внешний радиатор. Радиаторы обычно изготавливаются из алюминия и имеют вид ребер. Ребра создают большую поверхность, что улучшает процесс конвекции тепла. Другими словами, радиатор может передавать тепло в окружающую атмосферу быстрее, чем силовой транзистор.Прикрепив транзистор к радиатору, устройство сможет рассеивать больше энергии при заданной рабочей температуре. Некоторые типичные радиаторы показаны на рисунке \ (\ PageIndex {1} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Типичные радиаторы. Перепечатано с разрешения Thermalloy, Inc.

8.5.1: Физические требования

Радиаторы

предназначены для работы с конкретными стилями корпуса устройства. Наиболее распространены корпуса регуляторов TO-220 «power tab» и TO-3 «can». Радиаторы доступны для этих конкретных стилей, включая необходимое монтажное оборудование и изоляционные прокладки.В некоторых регуляторах пониженной мощности используются корпуса типа «мини-банка» ТО-5 или DIP. Радиаторы также доступны для этих типов корпусов, но не так распространены.

Есть несколько общих правил, которых следует придерживаться при использовании радиаторов:

  • Всегда используйте смазку для радиатора или теплопроводящую прокладку между радиатором и устройством. Это увеличит теплопередачу между двумя частями. Учтите, что чрезмерное количество смазки для радиатора фактически снизит} производительность.
  • Установите ребра в вертикальной плоскости для оптимального естественного конвективного охлаждения.
  • Не перегружайте и не закрывайте устройства, в которых используются радиаторы.
  • Не перекрывайте поток воздуха вокруг радиаторов, особенно непосредственно над и под предметами, которые работают за счет естественной конвекции.
  • Если тепловые требования особенно высоки, рассмотрите возможность использования принудительной конвекции (например, вентиляторов).

8.5.2: Термическое сопротивление

Чтобы указать конкретный радиатор для данного приложения, необходимо более техническое объяснение.Что мы собираемся сделать, так это создать эквивалент тепловой цепи. В этой модели используется понятие термического сопротивления. Термическое сопротивление означает, насколько легко передать тепловую энергию от одной механической части к другой. Символ теплового сопротивления — \ (\ theta \), а единицы измерения — градусы Цельсия на ватт. В этой модели температура аналогична напряжению, а рассеиваемая тепловая мощность аналогична току. Полезное уравнение:

\ [P_D = \ frac {\ Delta T} {\ theta _ {total}} \ label {8.4} \]

Где \ (P_D \) — мощность, рассеиваемая полупроводниковым прибором, в ваттах, \ (\ Delta T \) — разность температур, а \ (\ theta _ {total} \) — сумма тепловых сопротивлений. По сути, это тепловая версия закона Ома.

Чтобы построить нашу модель, давайте более подробно рассмотрим комбинацию питания, устройства и радиатора. Это показано на рисунке \ (\ PageIndex {2} \). \ (T_j \) — температура полупроводникового перехода. Этот источник тепловой энергии нагревает корпус устройства до \ (T_c \).Тепловое сопротивление между двумя объектами равно \ (\ theta _ {jc} \). Корпус, в свою очередь, нагревает радиатор через межсоединение. Это тепловое сопротивление равно \ (\ theta _ {cs} \), а результирующая температура равна \ (T_s \).

Наконец, радиатор передает тепловую энергию в окружающий воздух, который находится в точке \ (T_a \). Тепловое сопротивление радиатора составляет \ (\ theta _ {sa} \). Эквивалентная тепловая модель показана на рисунке \ (\ PageIndex {3} \). (Хотя это не полностью соответствует нормальному анализу схем, но все же иллюстрирует основные моменты.)

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Устройство и радиатор.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Эквивалентная тепловая модель, показанная на рисунке \ (\ PageIndex {2} \).

В этой модели земля представляет собой температуру абсолютного нуля. Схема находится при температуре окружающей среды \ (T_a \), поэтому источник напряжения \ (T_a \) подключен к земле и радиатору. Три тепловых сопротивления включены последовательно и управляются источником тока, который задается текущей мощностью рассеивания устройства.Обратите внимание, что если рассеиваемая мощность высока, результирующие «падения напряжения» на тепловых сопротивлениях будут высокими. Напряжение аналогично температуре в этой модели, поэтому это указывает на создание высокой температуры. Поскольку существует максимальный предел для \ (T_j \), более высокая рассеиваемая мощность требует меньшего теплового сопротивления. Поскольку \ (\ theta _ {jc} \) установлен производителем устройства, вы не можете контролировать этот элемент. Однако \ (\ theta _ {cs} \) зависит от стиля корпуса и используемого изоляционного материала, так что у вас есть некоторый контроль (но не очень большой) над этим.С другой стороны, как человек, определяющий радиатор, вы имеете большой контроль над \ (\ theta _ {sa} \). Значения для \ (\ theta _ {sa} \) указаны производителями радиаторов. Полезный вариант уравнения \ ref {8. {\ circ} \) C, тип корпуса TO-220, \ (\ theta _ {jc} \) = 3.{\ circ} \) / W или около того. Также обратите внимание на обычно более низкие значения \ (\ theta _ {sa} \) для случая TO-3 по сравнению с TO-220. Это одна из причин, почему корпуса TO-3 используются для устройств большей мощности. Этот случай также облегчает производителю сокращение \ (\ theta _ {jc} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): \ (\ theta_ {CS} \) для ТО-3 и ТО-220. Перепечатано с разрешения Thermalloy, Inc.

.

Практическое руководство: Введение в выбор и установку радиатора


«Ой!» — воскликнул я, рассматривая почти идеальный круг, окружающий стилизованную букву «М» (для Motorola), которая была заклейменна на конце моего указательного пальца после прикосновения к корпусу силового транзистора, чтобы увидеть, «теплый ли он».«Это было мое введение в« выбор радиатора для силовых полупроводников », которое я получил, будучи молодым экспериментатором, занимающимся созданием источника питания, — урок, который я не забыл через несколько десятилетий после этого события. Цель этого руководства — познакомить вас с основными концепциями выбора и установки радиаторов для силовых полупроводников, а также, возможно, сэкономить вам несколько обгоревших пальцев и сгоревших устройств.

Силовые полупроводники (как транзисторы, так и интегральные схемы) могут потенциально рассеивать большое количество электроэнергии в виде тепловой энергии или тепла, когда устройства работают с большими токами.Чтобы найти тепловую нагрузку в ваттах, которую устройство должно рассеивать, просто умножьте падение напряжения на устройстве на ток через него. Например, устройство будет рассеивать 20 Вт, если ток устройства составляет 4 А при падении напряжения 5 В. Изнутри тепло генерируется через полупроводниковый переход (, то есть , то место, где внутри устройства соединяются полупроводниковые материалы типа n и p ). Если тепло не отводится, температура в полупроводниковом переходе, называемая температурой перехода ( T j ), будет повышаться до тех пор, пока не превысит максимальную температуру перехода ( T jmax ), что обычно приводит к разрушение устройства.

Не менее важно, чтобы значение T j было как можно ниже, чтобы обеспечить надежность, срок службы и производительность полупроводникового прибора. Типичные значения максимальной температуры перехода, указанные производителями полупроводников, находятся в диапазоне от 125 ° C до 150 ° C, хотя некоторые устройства — например, транзистор 2N3035 NPN — рассчитаны на работу при температуре до 200 ° C. Приблизительное практическое правило состоит в том, что срок службы полупроводниковых устройств уменьшается вдвое на каждые 10 ° C повышения температуры выше 100 ° C, что эквивалентно экспоненциальному сокращению срока службы при повышении температуры. 1

РИСУНОК 1. Радиаторы для корпусов TO-39 и TO-220.


Радиатор — это металлическая масса, которая отводит тепло, выделяемое силовыми полупроводниковыми приборами, в место с более низкой температурой — обычно это окружающий воздух — откуда оно удаляется естественной конвекцией. Правильно спроектированный радиатор будет поддерживать температуру перехода полупроводниковых устройств значительно ниже максимальной рабочей температуры, сводя к минимуму влияние на бюджет проекта. На рис. 1 показано несколько небольших радиаторов, предназначенных для корпусов TO-39 и TO-220, которые подходят для рассеивания нескольких ватт мощности и достаточно компактны, чтобы их можно было установить на самой печатной плате. Более высокая рассеиваемая мощность в несколько десятков ватт достигается за счет установки большого радиатора на задней части корпуса, который максимизирует рассеивание тепла за счет естественной конвекции (см. , рис. 2, ).

РИСУНОК 2. Силовой полупроводник с корпусом типа TO-3, установленный на радиаторе, прикрепленном к задней части шасси.


Повышенное тепловыделение сверх того, что дает естественная конвекция — доступное, конечно, по более высокой цене — может быть получено либо с помощью принудительной конвекции, создаваемой механическим вентилятором, либо путем циркуляции некоторого типа жидкого хладагента через радиатор для отвода избыточного тепла. На боковой панели обсуждается концепция тепловой цепи с целью определения некоторых общих терминов и вводится математическое описание проблемы передачи тепла от полупроводникового перехода в окружающую среду.

В качестве примера мы применим эту информацию к проблеме выбора радиатора, подходящего для обеспечения адекватного рассеивания тепла для пятивольтового регулятора LM309, используемого в типичном блоке питания.

Теория конструкции радиатора (боковая панель)

Электрические системы Тепловые системы
Кол-во Блок Кол-во Блок
Стоимость: Q c Кулоны Тепло: Q D Джоулей
Ток: I Ампер Рассеиваемая мощность: P D Вт
Потенциал: В Вольт Температура: T ° С
Сопротивление: R Ом Сопротивление: θ ° C / Вт

ТАБЛИЦА 1. Аналогия между электрическими величинами и тепловыми величинами.


Обычно используют аналогию с электрической цепью, чтобы ввести базовую модель устойчивого теплового сопротивления, которая связывает величины рассеивания тепла, повышения температуры и теплового сопротивления. Таблица 1 показывает, что электрические величины заряда, тока, потенциала и омического сопротивления аналогичны тепловым величинам тепла, мощности, температуры и теплового сопротивления соответственно.По этой аналогии закон Ома, который описывает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи, также описывает соответствующую взаимосвязь между рассеиваемой мощностью, температурой и тепловым сопротивлением в тепловой системе или «цепи».

РИСУНОК 3. Применение закона Ома к электрическим (слева) и тепловым (справа) системам.


Рисунок 3 иллюстрирует эту идею и показывает, что точно так же, как электрический ток I в резисторе возникает из разности потенциалов Δ В на сопротивлении R в электрической цепи, поток тепловой энергии P D создает разность температур Δ T на тепловом сопротивлении в тепловом контуре.Решение теплового уравнения, приведенного на рисунке, дает T 1 = P D θ + T 2 . Для проблемы конструкции радиатора T 1 — желаемая рабочая температура перехода T j ; T 2 — температура окружающего воздуха T A ; P D — мощность, рассеиваемая полупроводниковым устройством, а θ — полное тепловое сопротивление между полупроводниковым переходом и окружающей средой; путем подстановки получается тепловое уравнение T j = P D θ + T A .

Тепловое уравнение показывает, что два члена вносят вклад в температуру перехода T j . Первый вклад обусловлен рассеиваемой мощностью полупроводникового устройства, умноженной на тепловое сопротивление между полупроводниковым переходом и окружающим воздухом. Второй вклад обусловлен температурой окружающего воздуха. Чтобы поддерживать температуру перехода T j на постоянном значении, по мере увеличения рассеиваемой мощности P D разработчик радиатора должен либо применить кондиционер, чтобы снизить температуру окружающей среды T A , или уменьшить тепловое сопротивление между полупроводниковым переходом и окружающим воздухом.Обычно наиболее экономичным подходом является установка радиатора с достаточно малым тепловым сопротивлением, чтобы поддерживать температуру перехода ниже некоторого желаемого значения, например 100 ° C.

РИСУНОК 4. Корпус TO-220, прикрепленный к радиатору (левая сторона) и эквивалентная тепловая цепь (правая сторона) .1


Можно ли проверить исправность радиатора? Правая часть Рис. 4 предлагает метод применения теплового уравнения, чтобы убедиться, что радиатор имеет надлежащие размеры.Если рассеиваемая мощность P D и температура корпуса T C известны (возможно, при помощи зажима датчика температуры на корпусе после нанесения небольшого количества термопасты), тепловое уравнение принимает вид T J = P D θ JC + T C . Это соотношение показывает, что температуру в полупроводниковом переходе можно найти, добавив температуру корпуса T C к произведению рассеиваемой мощности P D и теплового сопротивления перехода к корпусу θ JC .

Установка радиатора

Типичная установка радиатора показана на левой стороне Рис. 4 , на котором показано поперечное сечение силового полупроводника; в данном случае — с пакетом ТО-220. Когда устройство работает, температура полупроводникового перехода повышается, в результате чего тепло течет от полупроводникового кристалла через металлический корпус и слюдяной изолятор к металлическому радиатору, где оно рассеивается в атмосферу. Металлический радиатор обычно крепится болтами к металлическому шасси, поэтому необходимо электрически — но не термически — изолировать силовой полупроводник от радиатора, разделив их с помощью электрического изолятора, такого как слюдяная шайба или силиконовая прокладка.

Обычно обе стороны изолятора покрыты силиконовой термопастой. Цель смазки — заполнить микроскопические воздушные карманы, которые в противном случае могли бы существовать между материалами, потому что воздух — очень хороший изолятор. Это позволяет создавать безвоздушные соединения, которые сводят к минимуму тепловое сопротивление, через которое должно течь тепло, и снижает повышение температуры в местах соединения различных материалов. Важно использовать достаточно смазки, чтобы заполнить пустоты, но не более того, иначе дополнительная смазка сама по себе будет служить теплоизолятором, увеличивая тепловое сопротивление.

Правая часть Рисунок 4 показывает эквивалентную тепловую схему. В этой схеме полное тепловое сопротивление θ между температурой полупроводникового кристалла и температурой окружающего воздуха, выраженное в ° C / Вт, является суммой теплового сопротивления между переходом и корпусом корпуса, θ JC , тепловое сопротивление между корпусом корпуса и радиатором, θ CS , и тепловое сопротивление между радиатором и окружающим воздухом θ SA или θ = θ JC + θ CS + θ SA .Значения для каждого из этих термических сопротивлений обычно находятся в таблице данных производителя полупроводникового устройства и перечислены в информации производителя для каждого радиатора. Приблизительные значения сопротивления переход-корпус θ JC составляют 0,5–2,5 ° C / Вт, для сопротивления корпуса θ CS 0,5–1,5 ° C / Вт , и примерно 4 ° C / Вт и выше для радиатора с окружающим воздухом, θ SA , в зависимости от формы, материала, массы и конструкции радиатора.

Пример конструкции радиатора

Давайте проиллюстрируем эти концепции, разработав радиатор, который позволит нам извлечь максимальную производительность из микросхемы пятивольтового регулятора напряжения LM309, которая имеет максимальную рассеиваемую мощность 20 Вт 2 . LM309 был выбран потому, что производитель предоставляет данные, которые связывают рассеиваемую мощность устройства, требуемое тепловое сопротивление радиатора и температуру окружающей среды, что позволит нам проверить наши расчеты.

Во-первых, интересно отметить, что условия испытаний электрических характеристик, указанных для устройства, были взяты при температуре перехода, T j , 25 ° C, что подразумевает, что устройство либо установлено на бесконечном радиаторе. или температура окружающей среды во время испытания была снижена за счет кондиционирования воздуха. В техническом описании также указано, что максимальная рабочая температура перехода для этого устройства составляет всего 125 ° C, поэтому мы спроектируем радиатор так, чтобы температура устройства не превышала это значение, хотя в более консервативной конструкции будет использоваться более низкое значение, например 100 ° C. С.

Подставляя эти значения в преобразованное тепловое уравнение в Рисунок 3 дает

— максимальное значение термического сопротивления между полупроводниковым переходом и окружающим воздухом, которое наша конструкция может выдерживать без перегрева. Согласно примечанию 3 в техническом описании, тепловое сопротивление между переходом и корпусом корпуса, θ JC , составляет 2,5 ° C / Вт. Кроме того, типичные значения теплового сопротивления между корпусом корпуса и радиатором, θ CS , составляют около 0.4-0,6 ° C / Вт при использовании слюдяной шайбы, покрытой силиконовой смазкой, поэтому мы будем использовать среднее значение 0,5 ° C / Вт. Таким образом, тепловое сопротивление между радиатором и окружающим воздухом, θ SA , должно быть меньше 5,0 — 2,5 — 0,5 = 2,0 ° C / Вт. Этот результат в точности совпадает с показателем максимальной средней рассеиваемой мощности для LM309K, представленной в Рисунок 5 , который показывает, что радиатор с сопротивлением 2,0 ° C / Вт способен рассеивать 20 Вт мощности при температуре окружающей среды 25 o С.

Обзор радиаторов, производимых одним производителем (Wakefield Engineering), показывает, что тепловое сопротивление радиатора 2,0 ° C / Вт находится за пределами того, что возможно без принудительного охлаждения. Например, сверхмощный радиатор Wakefield 641A имеет тепловое сопротивление при естественном охлаждении 2,4 ° C / Вт по сравнению с тепловым сопротивлением при принудительном охлаждении 0,9 ° C / Вт при потоке воздуха 250 лф / мин. Таким образом, разработчик должен либо ограничить максимальную рассеиваемую мощность регулятора напряжения до 18,5 Вт (100 ° C / 5.4 ° C / Вт) или предусмотреть принудительное охлаждение радиатора с механической вентиляцией, чтобы не допустить превышения номинальных значений устройства.

Наконец, для сравнения, в примечании 3 к таблице данных LM309K также указано, что тепловое сопротивление корпуса TO-3 окружающему воздуху, θ CA , составляет примерно 35 ° C / Вт. Таким образом, без радиатора рассеиваемая мощность ограничивается менее 2,9 Вт, что также хорошо согласуется с результатом, показанным на , рис. 5, .

РИСУНОК 5. Максимальная средняя рассеиваемая мощность (LM309K) 2 . Стрелка указывает на точку на рисунке, которая демонстрирует, что радиатор с сопротивлением 2,0 ° C / Вт способен рассеивать 20 Вт мощности при температуре окружающей среды 25 ° C, что согласуется с приведенными здесь расчетами.


Заключение

Важно поддерживать температуру перехода полупроводниковых устройств ниже их рабочих пределов, чтобы гарантировать надежность, срок службы и производительность устройства.Обычно наиболее экономичным подходом к достижению этого является физическое подключение устройства к радиатору с помощью токопроводящей дорожки с низким тепловым сопротивлением.

В этой статье показано, как определить минимальное общее тепловое сопротивление путем деления разницы температур между полупроводниковым переходом и окружающей средой на требуемую рассеиваемую мощность. Затем можно — после вычитания теплового сопротивления перехода к корпусу и корпуса к радиатору из общего теплового сопротивления выбрать радиатор с достаточно малым тепловым сопротивлением, чтобы обеспечить рассеяние мощности, достаточное для предлагаемого применения. NV


Список литературы

www.aavidthermalloy.com/technical/papers/pdfs/select.pdf
www.newark.com/pdfs/techarticles/mro/howToVerifyTheProperHeatSink.pdf
www.irf.com/technical-info/appnotes/an-1057.pdf
www.smoke.com.au/~ic/ham/heatsink.html
www.onsemi.com/pub_link/Collateral/AN1083-D.PDF
www.wakefield.com/PDF/thermal_tutorial.pdf


Сноски

  1. Motorola Semiconductor Technical Data Sheet AN1083, Базовое управление температурным режимом силовых полупроводников, 1990.
  2. Спецификация 5-вольтового регулятора
  3. National Semiconductor LM109 / LM309.

Выбор радиатора | Журнал Nuts & Volts


Посмотрим правде в глаза — если бы эта статья называлась «Термический анализ», вы могли бы отложить ее чтение! Но выбирая радиатор? Все понимают, в чем дело, правда? Чтобы сделать этот выбор, вам нужно провести небольшой термический анализ (вот и все!), Но если вы можете выполнить закон Ома, вы уже знаете, как это сделать!

Введение

Каждый раз, когда ток течет по проводнику, энергия должна рассеиваться в виде тепла с мощностью — P d = I 2 R.(Для сверхпроводников R = 0.) Также верно и то, что когда падение напряжения и протекание тока существуют одновременно — P d = V x I. Нагревание от протекания тока присутствует везде в электрической цепи, но значительно. большая часть тепла генерируется внутри электронных компонентов.

Электрический компонент отводит тепло, передавая его в окружающий воздух. Тепло может передаваться непосредственно воздуху от поверхности компонента или может использоваться радиатор. В любом случае, если будет накоплено слишком много тепла, компонент может быть поврежден.В большинстве случаев только несколько компонентов имеют большую тепловую нагрузку — проходные транзисторы, микросхемы драйверов, соленоиды. Тем не менее, вы — разработчик схем, поэтому вы несете ответственность за выяснение, какие компоненты необходимо охлаждать и как это сделать.

Теплопередача = закон Ома

Поток тепла следует правилам, которые очень похожи на те, которые регулируют поток электрического тока. Как показано на рис. 1 , разность температур (ΔT) заменяет напряжение, а тепловой поток (P) заменяет ток.

РИСУНОК 1. Основная теплопередача очень похожа на закон Ома для сопротивления.


Новый символ θ — обозначает термическое сопротивление, аналогичное электрическому сопротивлению; то, с чем вы уже хорошо знакомы. Основное уравнение теплопередачи выглядит точно так же, как закон Ома:

.

ΔT = T a — T b = T ab = P x θ ab

T действует как «тепловое напряжение», P как «тепловой ток» и θ ab как «тепловое сопротивление.”T обычно указывается в ° C, а P — в ваттах. θ указывается в градусах по Цельсию / Вт, что выглядит немного странно, пока вы не поймете, что сопротивление действительно составляет «вольт на ампер». Чем больше мощности проходит через тепловое сопротивление, тем выше перепад температуры; «A» и «b» — это два физических местоположения, и между ними возникает тепловой поток.

Что произойдет, если тепловой поток встретит несколько различных термических сопротивлений? Как и электрическое сопротивление, тепловые сопротивления суммируются последовательно.Суммарное термическое сопротивление составляет θ = θ 1 + θ 2 + … + θ n . Температуры на стыке термических сопротивлений можно рассчитать так же, как напряжения в делителе напряжения, как показано на , рис. 2, . (Да, есть и параллельные тепловые контуры.)

РИСУНОК 2. Если тепло должно проходить через последовательность материалов, тогда тепловое сопротивление каждого материала суммируется, как это делают электрические резисторы, соединенные последовательно.


Последовательные дискретные термические сопротивления представляют собой поток тепла через ряд материалов. Например, зимой тепло в вашем доме течет сначала через воздух внутри, затем через внутреннюю стену, через изоляцию и через внешнюю стену в окружающий воздух снаружи. Чем больше общее тепловое сопротивление, тем меньше тепла теряется при любой комбинации температуры внутри и снаружи. И наоборот, если вам нравится высокая температура или на улице становится холоднее, вы теряете больше тепла, потому что ΔT больше.

Сколько тепла выделяет компонент?

Рассеивание мощности на резисторах вычислить довольно просто, но как насчет полупроводников и микросхем? Для компонентов, сопротивление которых неизвестно или изменяется — например, для полевого транзистора — вы не можете легко использовать I 2 R. В этих случаях используйте V x I. И это работает и для резисторов! Таблица 1 показывает список уравнений для тепловыделения в некоторых распространенных электронных компонентах.

  • Резистор — P d = I 2 x R = V 2 / R = V x I
  • Диод, SCR или TRIAC — P d = V f x I avg , где Vf — прямое падение напряжения, а Iavg — средний прямой ток
  • Транзистор — P d = V CE x I C (биполярный) P d = V GS x I D (FET)
  • Индуктор, конденсатор, трансформатор — P d = I 2 x R ПОТЕРЯ
  • Соленоид или реле — P d = I 2 x R COIL

ТАБЛИЦА 1. Тепловыделение в обычных электронных компонентах.


Если через резистор протекает переменный ток, используйте среднеквадратичные значения напряжения и тока. Для прерывистого постоянного или переменного тока умножьте P d на коэффициент заполнения тока. Например, если резистор пропускает ток только импульсами, которые составляют одну десятую времени, умножьте P d на 0,1.

Для полупроводников необходимо вычислить средний ток и напряжение. Это может показаться сложным в цепях переменного тока, но есть способ, позволяющий завышать тепловую нагрузку, что приводит к консервативному дизайну.Например, давайте оценим тепловыделение выпрямителя, который включен в течение одного полупериода и выключен в течение другого полупериода. Умножьте пиковый ток на максимальное прямое напряжение — это предполагает полное тепловыделение всякий раз, когда диод проводит ток, — затем разделите на два, чтобы учесть коэффициент заполнения 50%.

Это завышает фактическое количество выделяемого тепла, которое достигает максимального значения на пике тока, но меньше в другое время. Если вы рассчитываете расчетную тепловую нагрузку, ваши компоненты будут работать намного холоднее.Аналогичным образом можно оценить нагрев в других цепях переменного тока.

Для оценки рассеиваемой мощности ИС, суммируйте рассеиваемую мощность от каждого значительного источника тепла — обычно от выходных цепей. Рассчитайте мощность, предполагая, что на выходе ИС используется транзистор. Не забудьте включить мощность, рассеиваемую другими схемами ИС — умножьте напряжение источника питания на ток, потребляемый ИС.

Нужен ли вашему устройству радиатор?

Резисторы и конденсаторы выделяют тепло по всему телу или вдоль него.Они рассчитаны на некоторую максимальную длительную рассеиваемую мощность (P dmax ), например, для полуваттного резистора. P dmax также указывается для конкретной температуры окружающей среды, поскольку она определяет температуру на одном конце строки термического сопротивления компонента.

Диоды и транзисторы выделяют тепло в очень небольшом объеме переходов или каналов, по которым проходит ток. Обычно это называется «переход» и обозначается аббревиатурой «j». Термическое сопротивление в этих компонентах от теплогенерирующего перехода до окружающей среды — или окружающих условий — обозначается как θ ja .

Иногда его называют тепловым сопротивлением на открытом воздухе, поскольку оно представляет собой полное тепловое сопротивление между переходом и окружающим воздухом, включая всю промежуточную упаковку и монтажный материал.

Компоненты, изготовленные из полупроводников, таких как кремний или арсенид галлия, должны храниться ниже некоторой максимальной температуры (T jmax ), в противном случае устройство будет разрушено в результате плавления или повреждено из-за перегрева внутренних структур и его диффузии или миграции.Для устройств из кремния максимальная температура составляет 125–150 ° C.

Чтобы определить максимальную температуру внутри устройства, начните с поиска θ ja в технических характеристиках устройства и подсчитайте, сколько мощности оно будет рассеивать во время использования. Температура перехода будет:

T j = T окружающей среды + P x θ ja

Если вы обнаружите, что T j будет меньше, чем T jmax , то радиатор не нужен.Будьте осторожны при выборе температуры окружающей среды. Внутри кожуха оборудования фактическая температура окружающей среды на поверхности компонента может быть немного выше комнатной. Вы также должны включить коэффициент безопасности — часто используется 25 процентов или 35 ° C.

Допустим, вы считаете, что T j вашего устройства слишком близки к пределу. Либо P, либо θ и должны быть уменьшены. Чтобы уменьшить P, вам придется изменить схему. Если вы решите уменьшить θ и , вам нужно будет выяснить, как более эффективно передавать тепло через внешнюю поверхность компонента.

Теперь вы должны разделить θ и последовательно на два тепловых сопротивления: θ jc — тепловое сопротивление от стыка до внешней поверхности (которое вы не можете изменить) и θ ca — от корпуса до окружающей среды. (который вы можете изменить). θ jc — это тепловое сопротивление от перехода к корпусу транзистора, который может быть металлическим язычком или просто внешней пластиковой поверхностью. Это проиллюстрировано на рис. 3 .

РИСУНОК 3. Общее тепловое сопротивление устройства включает внутреннее и внешнее сопротивление.


Выбор радиатора

Одним из способов охлаждения компонента является перемещение воздуха по его поверхности с поддержанием низкого T окружающей среды . Вы можете использовать вентилятор или даже сориентировать компонент так, чтобы естественная конвекция поддерживала движение воздуха по горячей поверхности. Этот метод ограничивается рассеянием мощности около одного ватта или меньше, особенно в небольших компонентах с малой поверхностью.

Для большего количества тепла требуется радиатор для уменьшения θ около .Радиаторы могут быть достаточно массивными и теплопроводными, чтобы отводить тепло от компонента. В качестве радиатора можно использовать практически любой металлический объект, в том числе заземляющие поверхности печатных плат и шасси оборудования. Необязательно использовать радиатор собственного производства!

Полупроводники, предназначенные для отвода тепла, имеют корпуса, предназначенные для использования с радиатором. Например, в корпусе TO-220 полупроводник находится непосредственно на металлическом выступе, который электрически подключен к устройству.Корпус ТО-3 полностью металлический и также имеет электрическое соединение с устройством внутри. Почему электрически подключен? Чтобы избежать промежуточного слоя материала, который может увеличить термическое сопротивление. Ухудшение, связанное с неизолированным корпусом, стоит повышения эффективности теплопередачи.

Тепловое сопротивление радиатора в ° C / Вт показывает, насколько повысится температура поверхности (а не температура перехода) присоединенного компонента на ватт тепла. Предположим, что это значение основано на значении естественной конвекции.Использование вентилятора снижает тепловое сопротивление радиатора. Радиаторы высокой мощности будут иметь значения θ ~ , которые указаны для различных величин воздушного потока.

Чтобы выбрать радиатор, сначала укажите максимальную температуру перехода. Рассчитайте количество мощности, рассеиваемой компонентом. Поскольку θ jc фиксировано, рассчитайте максимальную температуру корпуса:

T cmax = T jmax — P x θ jc

Оценить температуру окружающей среды.Требуемое тепловое сопротивление радиатора тогда:

θ ок. = (T cmax — T при комнатной температуре ) / P

Из каталогов или веб-сайтов производителей радиаторов теперь вы можете выбрать радиатор, который имеет как правильный θ ca , так и подходит для вашего корпуса.

Пример выбора радиатора

Обычное применение радиатора — это отвод тепла от проходного транзистора или регулятора напряжения, такого как общий 7805.(Загрузите техническое описание 7805 с веб-сайта www.datasheetarchive.com ) Допустим, 7805 снизит входное напряжение с 12 В до 5 В на выходе с пиковой устойчивой токовой нагрузкой 0,5 А. Мы также предполагаем, что температура внутри корпуса электроники будет на 33 ° C или на 10 ° C выше, чем комнатная температура, равная 23 ° C.

  • Начнем с расчета общего тепловыделения: P D = (V IN — V OUT ) x I = 7 В x 0,5 A = 3,5 Вт. Без радиатора этот регулятор станет очень крутым!
  • Найдите термическое сопротивление соединения 7805 и корпуса: Codi Electronics определяет его как R j-c = 5 ° C / Вт.
  • Если установить максимальную температуру перехода на 80 ° C, то T cmax = T jmax — P x θ jc = 80 — 3,5 x 5 = 62,5 ° C.
  • Тепловое сопротивление радиатора не должно превышать θ ca = (T cmax — T окружающей среды ) / P = (62,5 — 33) / 3,5 = 8,4 ° C / Вт.
  • Просматривая подборку радиаторов Digi-Key ( www.digikey.com ), я обнаружил, что IERC 7-340-2PP-BA — хороший выбор с рейтингом 7 ° C / Вт.Запас в 1,4 ° C / Вт также обеспечивает небольшое дополнительное тепловое сопротивление в изоляционной прокладке, необходимой между ИС и радиатором.

Вы можете решить, что радиатор слишком большой (около кубического дюйма) или слишком дорогой (единичное количество составляет 1,75 доллара США). В этом случае вы должны позволить более высокую температуру перехода или выяснить, как уменьшить рассеиваемую мощность в регуляторе. Вы также можете снизить температуру окружающей среды. Любой из этих трех позволит вам использовать радиатор с более высоким тепловым сопротивлением.Если вам нужна дополнительная информация о выборе радиатора, производитель радиаторов Aavid-Thermalloy опубликовал краткое руководство по выбору радиаторов по адресу www.aavidthermalloy.com/technical/papers/semisize.shtml

Резюме

Это основной процесс: рассчитайте тепловую нагрузку, укажите максимальную температуру, определите тепловое сопротивление и отправляйтесь за покупками! Со временем вы научитесь управлять теплом — как уменьшать его образование, так и избавляться от него.И все это можно списать на термический анализ. NV


Heat Sink — обзор

9.6.3 Монтаж силовых полупроводников

Способ крепления блока силового устройства к его радиатору влияет как на фактическую эффективность теплопередачи, так и на долгосрочную надежность. Неправильный монтаж устройств в металлическом корпусе в основном вызывает излишне высокую температуру перехода, сокращая срок службы устройства. Пластиковые корпуса (такие как обычный контур TO-220) гораздо более восприимчивы к механическим повреждениям, которые пропускают влагу в корпус и могут даже треснуть полупроводниковый кристалл.

Факторы, которые следует учитывать при выборе метода монтажа, приведены на рис. 9.16 для типичного устройства в пластиковой упаковке.

Рисунок 9.16. Способы крепления силового устройства винтами.

Подготовка поверхности радиатора

Радиатор должен иметь плоскостность и отделку, сопоставимые с поверхностью корпуса устройства. Чем выше рассеиваемая мощность, тем больше внимания следует уделять обработке поверхности. Для большинства целей достаточно отделки в 50–60 микродюймов.Плоскостность поверхности, то есть отклонение высоты поверхности в зоне установки устройства, должна быть менее 4 мил (0,004 дюйма) на дюйм.

Монтажное отверстие (отверстия) должно быть достаточно большим, чтобы обеспечить зазор для крепежа, а также изолирующей втулки, если таковая имеется. Слишком большое отверстие, если винт закручен слишком сильно, приведет к деформации монтажного язычка в отверстии. Это может привести к растрескиванию матрицы, а также к подъему большей части корпуса, которая консольно находится прямо под матрицей радиатора, что серьезно повлияет на импеданс теплопередачи.По той же причине следует избегать фаски на отверстии, но удаление заусенцев необходимо, чтобы избежать прокола изоляционного материала и сохранить хороший тепловой контакт. Поверхность следует очистить от пыли, жира и стружки непосредственно перед сборкой.

Изгиб выводов

Изгиб выводов любого корпуса полупроводников приводит к напряжению границы раздела выводов и может привести к растрескиванию и, как следствие, ненадежности. Если возможно, установите устройства вертикально на печатной плате, чтобы не пришлось изгибать провода.У устройств в пластиковой упаковке (TO220, TO126 и т. Д.) Могут быть изогнуты выводы при условии, что

минимальное расстояние между пластиковым корпусом и изгибом составляет 4 мм

минимальный радиус изгиба составляет 2 мм

максимальный угол изгиба не превышает 90 градусов

провода не изгибаются повторно в одной и той же точке

к проводам не прикладывается осевая деформация , относительно друг друга или упаковки

Используйте плоскогубцы с круглым концом или подходящее приспособление для формирования грифеля, чтобы обеспечить выполнение этих условий.У устройств в металлическом корпусе нельзя изгибать выводы, так как это почти наверняка приведет к повреждению стеклянного уплотнения.

Когда устройство вставляется в плату, выводы всегда следует припаивать после того, как будет произведено и затянуто механическое крепление. Некоторые производственные подразделения предпочитают не пропускать винты с кадмиевым покрытием в ванне с припоем, потому что это загрязняет припой, и они могут решить вставить винты после стадии массовой пайки. Не допускайте этого: настаивайте на ручной пайке или используйте другие саморезы.

Изолирующая шайба

В большинстве устройств язычок или корпус теплопередачи подключаются непосредственно к одному из выводов устройства, и это создает проблему изоляции корпуса. Лучшее решение с точки зрения теплового сопротивления — изолировать весь радиатор, а не использовать какое-либо изолирующее устройство между корпусом и радиатором. Часто это невозможно из-за электромагнитных помех или по соображениям безопасности, потому что шасси служит радиатором или потому что несколько устройств используют один и тот же радиатор.Некоторые устройства теперь доступны в полностью изолированных упаковках, но если вы не используете одно из них, вам придется встроить изолирующую шайбу под упаковку.

Изоляционные шайбы для всех стандартных корпусов доступны из множества различных материалов: наиболее популярными являются полиимидная пленка, слюда, твердый анодированный алюминий и усиленный силиконовый каучук. Первые три из них требуют использования теплопроводящей смазки (теплопроводящей смеси) между сопрягаемыми поверхностями, чтобы заполнить небольшие пустоты, которые существуют и которые в противном случае увеличили бы тепловое сопротивление на границе раздела.Это беспорядок и увеличивает вариативность и стоимость стадии производства. Если вокруг устройства оставить излишек смазки, на нем может накапливаться пыль и стружка, что приведет к пробою изоляции на поверхности раздела. Силиконовый каучук, имеющий некоторую форму под давлением, можно использовать в сухом виде, а некоторые типы будут превосходить слюду и смазку.

Таблица 9.5 показывает примерный диапазон тепловых сопротивлений интерфейса ( R θc h ), который можно ожидать.Обратите внимание, что фактические значения будут варьироваться в довольно широких пределах в зависимости от контактного давления; минимальное усилие в 20 Н должно поддерживаться методом монтажа, но более высокие значения дадут лучшие результаты при условии, что они не приведут к повреждению. Когда теплопроводящая смазка не используется, будут возникать большие колебания термического сопротивления из-за различий в отделке поверхности и возникающих в результате микровоздушных зазоров. Термопаста заполняет эти зазоры и снижает сопротивление на границе раздела. Несмотря на свое название, он не более теплопроводен, чем шайба, которую покрывает; его следует наносить очень тонким слоем, достаточным для заполнения воздушных зазоров, но не более того, чтобы общая толщина между корпусом и радиатором практически не увеличивалась.В этом контексте больше не значит лучше. Монтажное отверстие (отверстия) в шайбе не должно быть больше, чем отверстия в устройстве, в противном случае вероятен пробой оголенного металла (который следует тщательно удалить заусенцами).

Таблица 9.5. Термическое сопротивление интерфейса для различных методов монтажа

Фланец 921 ТО204AA (ТО3) 0,9 0,9
Тепловое сопротивление интерфейса (° C / Вт)
Тип корпуса Металл-металл С изолятором (1 мил = 0,001 ″)
Сухая Смазанная Слюда 2 мил Полиимид 2 мил Силиконовая резина 6 мил
Сухая Смазанная Сухая Смазанная
0.5 0,1 1,2 0,5 1,5 0,55 0,4–0,6
TO213AA (TO66) 1,5 0,5 2,3
TO126 2,0 1,3 4,3 3,3 4,8
TO220AB 1,2 0,6 3,4 1 6 4,5 2,2 1,8
Монтажное оборудование

Комбинация крепежных винтов, нажимных шайб, плоских шайб и гаек подходит для любого типа упаковки, имеющей монтажные отверстия. Тщательно проверьте указанные допуски монтажных отверстий; у разных производителей существуют удивительно большие различия в размерах отверстий для одного и того же номинального типа корпуса. Плоская, предпочтительно прямоугольная (в случае пластиковых упаковок) шайба под головкой винта жизненно важна для обеспечения должным образом распределенного давления, в противном случае возможно растрескивание упаковки.Коническая компрессионная шайба — очень полезное устройство для обеспечения правильного крутящего момента. Это обеспечивает постоянное давление в широком диапазоне физических отклонений и позволяет выполнять сборку операторами средней квалификации без использования динамометрического ключа или отвертки. Очень важно затягивать крепеж с правильным моментом затяжки; слишком маленький крутящий момент приводит к высокому термическому сопротивлению и долговременной ненадежности из-за перегрева, а слишком большой может вызвать перенапряжение корпуса и привести к долговременной ненадежности из-за отказа корпуса.

При привинчивании устройства, которое должно быть изолировано от радиатора, необходимо использовать изолирующую втулку либо в язычке устройства, либо в радиаторе. Предпочтительный метод — поместить втулку в радиатор и использовать большие плоские шайбы для распределения усилия крепления по корпусу. Вы также можете использовать более крупные винты. Материал втулки должен быть такого типа, который не будет течь или ползти при сжатии; стеклонаполненный нейлон или поликарбонат приемлемы, но следует избегать использования нейлона без наполнителя.Втулка должна быть достаточно длинной, чтобы перекрывать транзистор и радиатор, чтобы предотвратить перекрытие между двумя открытыми металлическими поверхностями.

Быстрая, экономичная и эффективная альтернатива — монтажный зажим. Когда рассеивается всего несколько ватт, вы можете использовать монтаж на плате или отдельно стоящие рассеиватели со встроенным зажимом. Отдельный зажим можно использовать для радиаторов большего размера и большей мощности. Зажим должен соответствовать толщине упаковки и радиатора, чтобы обеспечить необходимое давление.На самом деле он может предложить более низкое тепловое сопротивление, чем другие методы для пластиковых корпусов, потому что он может быть спроектирован так, чтобы он прижимался непосредственно к верхней части пластика над матрицей, а не концентрировал монтажное давление на отверстии в язычке. Это также устраняет угрозу перекрытия монтажного отверстия, поскольку отверстие в изоляционной шайбе не требуется.

Когда вам нужно установить несколько одинаковых плоских корпусов (например, TO-220) на один радиатор, естественным развитием зажима является одна зажимная планка, которая помещается на все корпуса вместе (рис.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *