— 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 RthJC. 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 RthJC 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.
Анатолий Беляев (aka Mr.ALB). Персональный сайт
Да пребудут с вами Силы СВЕТА!
- Главная
- »
- Электроника
- »
- Led-светильники
- »
- 24
- »
- LED-радиаторы
- »
- LED-drivers
2022-01-24
Добавлена страница о сериале
ПРОСТРАНСТВО
2022-01-25
В разделе Веды обновлена страница
Сатья Саи
2017-01-19
Добавлен раздел
Веды
Расчёт радиаторов охлаждения для светодиодов
В данной статье публикую калькуляторы для расчёта радиаторов охлаждения мощных светодиодов.
Как известно, любая поверхность излучает подведённое к ней тепло. Соответственно, нужно рассчитать общую поверхность пластины, которая будет отдавать тепло в окружающее пространство. На пластину радиатора через термопасту крепится мощный светодиод 1 Вт, 3 Вт и т.п.
Опытным путём установлено, что для эффективной работы мощного светодиода ему требуется от 20 до 30 см 2 излучающей поверхности радиатора охлаждения на 1 Вт мощности светодиода. Задавая размеры и конфигурацию – можно быстро подобрать необходимые значения для проектируемого радиатора охлаждения.
Первый калькулятор позволяет вычислить поверхность плоской пластины, у которой есть дополнительные пропилы для повышения общей излучающей поверхности. Такие радиаторы часто использую в своих конструкциях светодиодных светильников.
Калькулятор 1
Расчёт плоского радиатора
A – Ширина, мм:
B – Высота, мм:
C – Толщина, мм:
H – Высота пропила, мм:
N – Кол-во пропилов, шт.:
Результат расчёта
Второй калькулятор расчитывает обтянутую поверхность, которая задаётся конфигурацией пластины радиатора. Как-то читал одно интересное исследование, как раз применительно к мощным светодиодам, так там выходило, что дополнительные рёбра и поверхности объёмного радиатора особой эффективности не дают и в основном всё определяется обтянутой поверхностью, которая наиболее оптимально указывает необходимые размеры радиатора для хорошего отведения тепла от светодиода. Исходя из такой информации, имеет смысл делать правильные радиаторы экономя при этом и материалы, и время и деньги.
Оптимальным, то есть достаточным – является радиатор имеющий всего два ребра по краям пластины, на которую крепится светодиод. Тогда обтянутая поверхность – это поверхность охватывающая габаритные размеры такого радиатора.
Расчёт обтянутой поверхности радиатора
A – Ширина, мм:
B – Высота, мм:
C – Глубина, мм:
Необходимо учитывать толщину центральной части. Если светодиод мощный, к примеру, 3 Вт и более, то толщина центральной части радиатора должна быть достаточно толстой – не менее 4. 5 мм.
Если есть возможность измерить температуру радиатора в месте крепления светодиода, то проведите измерение. Наилучшая эффективность работы светодиода тогда, когда температура радиатора не превышает +55°С. Используя такой исследовательский метод, можно оптимизировать радиатор, добиваясь минимальной поверхности, позволяющей эффективно охлаждать светодиод.
Тепловой расчет радиатора
Радиатор — это устройство для отвода тепла от источника нагрузки в окружающую среду.
Для расчета радиатора используется эмпирическая формула.
Расчеты по программе проверены натурными испытаниями радиаторов электронных приборов.
Быстро выполнить этот инженерный расчет можно с помощью нашей онлайн программы. Для этого необходимо в соответствующее поле ввести исходное значение и нажать кнопку.
На этой странице представлена бесплатная программа теплового расчета радиаторов в приборостроении. С помощью этого калькуляторы вы в один клик сможете определить его параметры, если известны нагрузки и габариты.