площадь радиатора для транзистора калькулятор (4 видео)

Содержание

Онлайн расчёт площади радиаторов для транзисторов и микросхем.
Расчет радиатора для КРЕНки
Радиатор для стабилизатора напряжения
Определение площади ребристого радиатор
Радиаторы для мощных транзисторов, отвод тепла, расчеты
📸 Видео

Видео:Расчет площади радиатора для силовой электроники.Скачать

Онлайн расчёт площади радиаторов для транзисторов и микросхем.

— На кой хрен козе баян? Она и так весёлая . — живо интересовались удмуртские радиолюбители, разглядывая диковинный теплоотвод, установленный на лампу выходного каскада.
— Только для игры на баяне, козе баян и нужен, на какой же ещё? — гордо отвечал владелец теплоотвода, весьма довольный произведённым на коллег впечатлением.

На самом деле, вакуумным приборам, работающим в штатном режиме, дополнительный отвод тепла не требуется. А вот мощным транзисторам, микросхемам и всяким диодам, которые толком и на баяне играть не умеют и, подобно лампам, рассеивать тепловую мощность путём естественной конвекции не научились — подавай принудительный отвод тепла от кристалла полупроводника. А не подашь, отойдут стройными рядами от мира сего из-за перегрева и последующего разрушения этого самого рабочего кристалла.
Так вот, для обеспечения эффективного отвода тепла от силового элемента и применяют теплоотводы (радиаторы).
Полный расчёт радиатора — вещь кропотливая. Можно воспользоваться грубым расчётом — для рассеивания 1 ватта тепла, выделяемого полупроводниковым прибором, достаточно использовать площадь теплоотвода, равную 30 квадратным сантиметрам.

Но лучше воспользоваться специальной программой.

Существует формула для расчёта теплового сопротивления теплоотвода:
Q=(T2-T1)/P-Q1-Q2, где
Т2 — максимальная температура кристалла транзистора по справочнику,
Т1 — максимально допустимая температура в коробке с нашим устройством,
P — рассеиваемая на транзисторе мощность,
Q1 — тепловое сопротивление кристалл-корпус по справочнику,
Q2 — тепловое сопротивление корпус-радиатор.

Эта формула непререкаема и не должна вызывать никаких сомнений.

А вот формулы по переводу рассчитанного теплового сопротивления в площадь поверхности радиатора, выуженные из нашей справочной литературы — не вызвали чувства глубокого удовлетворения, в связи с существенным несоответствием получаемых результатов суровой реальности жизни.
Пришлось искать правду в источниках империалистических агрессоров, а конкретно — в рекомендациях по выбору алюминиевых радиаторов американской фирмы Aavid Thermalloy. Информация эта неожиданно обнаружилась в электротехническом справочнике г-на Корякина-Черняка С. Л., за что ему большое человеческое спасибо.

Теперь давайте определимся с терминологией.
S — площадь поверхности радиатора, равная удвоенной суммарной площади основания радиатора и всех площадей рёбер радиатора. Почему удвоенной? Потому, что и основание, и все рёбра теплоотвода имеют по две поверхности, которыми и излучают тепло в окружающее пространство.
Q — тепловое сопротивление между радиатором и окружающей средой. Спецификация большинства радиаторов содержит этот параметр.
Q1 — тепловое сопротивление между кристаллом и корпусом силовых элементов обычно приводится в справочнике и обозначается R_thJC. Значение этой величины в основном зависит от типа корпуса и у современных транзисторов составляет величину 0,4-1,5 (°С/Вт) или (К/Вт).
Q2 — значение теплового сопротивление корпус-радиатор стремиться к нулю в тех случаях, когда мы прикручиваем транзистор к отполированной поверхности радиатора без изолирующих прокладок, или используем тонкие современные подложки из из оксида алюминия (Al2O3), нитрида алюминия (AlN), или оксида бериллия (BeO). В случае применения слюды значение теплового сопротивления может составлять 0.2-1.5 (°С/Вт), в зависимости от толщины прокладки.
Т2 — максимальная температура кристалла транзистора, обозначается Tjmax и составляет для мощных транзисторов величину 120-175°С.
Т1 — максимально допустимая температура внутри корпуса, в котором находится радиатор, либо максимальная температура окружающей среды, если рёбра радиатора выведены наружу.

ИТАК, РИСУЕМ ТАБЛИЧКУ ДЛЯ РАЧЁТА ПЛОЩАДИ РАДИАТОРА

— Максимальную температуру кристалла Т2 по возможности указываем на 20-30% ниже значения Tjmax, приведённого в справочнике на полупроводник. Я бы рекомендовал подобрать это значение, исходя из температуры радиатора 60-70 градусов.
— Значение теплового сопротивления кристалл-корпус Q1 R_thJC не гадая берём из справочника. Если совсем лень — ставим 1.
— Графу теплового сопротивления корпус-радиатор Q2 можно оставить без внимания, если транзистор сидит на радиаторе без всяких прокладок, либо используются современные тонкие подложки, сдобренные специальными пастами. Если это не так, ищем в справочнике параметр теплового сопротивления, на используемый вид подложки, и заносим его в таблицу.
— Так же оставляем в покое графу «скорость воздушного потока от вентилятора», если оный не предусмотрен нашей конструкцией. А если предусмотрен, надо озадачиться выяснением этой самой величины скорости воздушного потока, омывающего наш теплоотвод.
Как? А приведу-ка я на следующей странице кусок главы из электротехнического справочника уважаемого автора Корякина-Черняка С. Л., посвящённый расчёту радиаторов, там кобыла и отыщется. Как правило, значение этой величины находится в пределах 1-5 м/сек.

Если Вы вдруг озадачились рассеиванием на радиаторе слишком высоких мощностей, калькулятор может выдать отрицательные значения. Смотрим формулу и видим — это нормально. Происходит это из-за ненулевого значения теплового сопротивления кристалл-корпус. Тут природу не обманешь — надо либо поднимать значение максимальной температуры кристалла Т2, либо искать транзистор с меньшим тепловым сопротивлением, либо сажать несколько транзисторов в параллель.

Теперь, что касается покупки радиатора по кропотливо рассчитанным нашей таблицей параметрам. Если производитель солидный, можно воспользоваться приведённым в технической документации значением удельного теплового сопротивления. Параметр этот имеет размерность дюйм*град/Вт, поэтому для пересчёта его в тепловое сопротивление всего радиатора, нам надо разделить это значение на длину в см. и умножить на 2,54.
Если этот производитель Kinsten Industrial, или прочий китайский «no trademark» — воздержитесь от доверительных чувств к указанному в DataSheet параметру теплового сопротивления, а лучше старательно, по приведённым чертежам, просчитайте суммарную площадь подложки и граней, умножьте полученный результат на 2 и оценивайте возможность применения данной железяки в вашем устройстве, исходя из общей площади поверхности радиатора.

С этим всё, дальше кусок из умного справочника.

Видео:Радиатор для транзистора размер определяем опытным путёмСкачать

Расчет радиатора для КРЕНки

Во время своей работы интегральные стабилизаторы напряжения, особенно линейные, выделяют в окружающую среду определенное количество тепла. Если заранее не позаботиться об их охлаждении, то они могут выйти из строя, из-за перегрева рабочей структуры кристалла.

Видео:Выбор радиатора для транзистораСкачать

Радиатор для стабилизатора напряжения

Для обеспечения высокой точности и стабильности напряжения питания в современных электронных устройствах широкое распространение получили интегральные стабилизаторы напряжения (ИМС) серии хх78хх (отечественный аналог КР142) которые производят многие зарубежные фирмы. Параметры некоторых ИМС стабилизаторов напряжения согласно данным из [1], приведены в табл.1.

При мощности нагрузки более 1 Вт, ИМС линейного стабилизатора напряжения необходимо эксплуатировать с теплоотводом, к которому они крепятся болтовым соединением. Промышленность выпускает различные виды радиаторов на любой вкус: пластинчатые, ребристые, штыревые, игольчатые и др. Выбор теплоотвода сводится к определению его конструкции и размеров, которые обеспечат теплостойкость.

Охладитель в форме пластины конечно очень прост в изготовлении, имеет сравнительно небольшую стоимость. Площадь его поверхности равна сумме площадей двух сторон. Для изготовления пластинчатых охладителей следует использовать алюминиевые пластины с толщиной 1.5…3 мм. Такие радиаторы целесообразно применять при небольших мощностях рассеивания, т.к. иначе такой радиатор получается очень габаритным.

Для повышения эффективности теплоотвода и уменьшения габаритов целесообразно использовать ребристые и штыревые охладители. Ребристый радиатор обычно бывает или цельнолитой, либо фрезерованный, а также может быть с одно или двухсторонним оребрением. Двухстороннее оребрение позволяет увеличить площадь поверхности. Самым эффективным является штыревой (игольчатый) теплоотвод, который не требует строгой пространственной ориентации в электронном устройстве.

При минимальном объеме такой радиатор имеет эффективную максимальную площадь рассеивания. Площадь поверхности у такого радиатора равна сумме площадей каждого штырька плюс площадь основания. Материалом для радиаторов обычно служит алюминий и его сплавы. Лучшей эффективностью отвода тепла обладают охладители, выполненные из меди, однако вес и стоимость у таких радиаторов больше, чем у алюминиевых теплоотводов.

Пример расчета

Расчет будем производить на примере стабилизатора напряжения LM7805 (аналог КР142ЕН5В). Для расчета нужны следующие данные:

Максимальное напряжение питания, подаваемое на стабилизатор Umax = 15В; напряжение на выходе стабилизатора Uвыx= 5В;
Максимальный ток нагрузки Iн = 1А;
Допустимую температуру радиатора примем равной Т = 50°C.

Максимальное падение напряжения ΔU на стабилизаторе напряжения определяется согласно формуле (1):

ΔU = Umax — Uвых = 15 — 5 = 10В (1)

Тогда мощность, рассеиваемая на стабилизаторе, составит:

Ррас = ΔU*Iн= 10*1 = 10 Вт; (2)

Из справочных данных известно, что стабилизаторы серии КР142 могут рассеивать мощность без теплоотвода до 1 Вт. В нашем же случае это условие не выполняется, так как Ррас = 10 Вт, это означает, что нужно проводить расчет далее. Существует такой параметр как тепловое сопротивление Q, к сожалению, в справочной литературе приводиться крайне редко.

Показывает он на сколько °С нагревается радиоэлемент, если в нем выделяется мощность в 1 Вт. Однако, его можно определить двумя способами: или по формуле, или исходя из типа корпуса интегрального стабилизатора напряжения. Т. к. ИМС серии КР142 выпускаются в корпусе ТО220, то из [2] следует, что тепловое сопротивление этого стабилизатора напряжения будет 2…5 °С / Вт.

Мы можем рассчитать тепловое сопротивление Q, помня, что Т = 50°С

Q = T / Pрас = 50 / 10 = 5°С / Вт (3)

Полученный результат совпадает с цифрами, приведенными в [2].

Площадь радиатора S определяется согласно формуле:

S = (T/Q)² = (50 /5)²= 100 см² (4)

Из приведенного расчета можно сделать небольшой вывод, что на 1 Вт рассеиваемой мощности стабилизатора напряжения необходим радиатор площадью 10 см². Чтобы теплоотвод занял как можно меньше места на плате проектируемого устройства, целесообразно применить ребристый охладитель, эскиз которого показан на рисунке.

Видео:Как расчитать радиаторСкачать

Определение площади ребристого радиатор

Определим площадь теплоотвода на примере все того же ребристого радиатора, но не на основании предельно допустимых параметров работы интегрального стабилизатора напряжения, а на основании габаритных размеров теплоотвода.

На рисунке условно показаны размеры необходимые для данного расчета. Из [2] воспользуемся формулами для расчета площади радиатора:

S = [2*(H-d) + D] * (n-1) * L+ L* [В + 2 * Н + (d* n)] (5)

S = 2 * L (B = H) + 2 * В * Н (6)

где n количество ребер радиатора.

Производить расчет ребристого радиатора можно по одной из двух формул (5) или (6). При расчете по формуле (6) задаемся условием, что в процессе охлаждения участвует в основном наружная поверхность теплоотвода так называемый теплообмен излучением, и зависит в основном от коэффициента излучения (степени черноты) материала радиатора. При расчете по формуле (5) в процессе охлаждения участвует как наружная, так и внутренняя поверхность (межреберное пространство) это так называемый конвективный способ передачи тепла.

Однако не стоит забывать о том, что не все ребра охладителя могут одинаково отводить выделяемое тепло, так как часть их поверхности, может соприкасаться с другими деталями и узлами находящиеся на плате. Этот факт следует также учитывать, при разработке какого-либо электронного устройства с применением стабилизатора напряжения.

Хотелось бы также отметить, что при естественном воздушном теплоотводе примерно 70% тепла отводиться конвекцией, а 30% приходиться на излучение. Следует также помнить, что при монтаже стабилизатора напряжения, теплоотвод установленный на нем будет иметь электрическую связь со средним выводом микросхемы серии хх78хх (КР142).

Видео:Как собрать компьютер из транзисторов. Пошагово с пояснением.Скачать

Радиаторы для мощных транзисторов, отвод тепла, расчеты

Часто необходимо, использовать мощные транзисторы или другие сильноточные устройства, такие, как микросхемы преобразователей напряжения, стабилизаторы, симисторы или силовые выпрямители, рассеивающие мощности во много ватт. Все мощные устройства выпускаются в корпусах, обеспечивающих тепловой контакт между их металлической поверхностью и внешним радиатором. Во многих случаях металлическая поверхность устройства связана электрически с одним из выводов (например, у мощного транзистора она всегда связана с коллектором).