Com calcular el radiador per a un transistor

Sovint, a l’hora de dissenyar un dispositiu potent en transistors de potència o recórrer a l’ús d’un potent rectificador al circuit, ens trobem davant d’una situació en què és necessari dissipar molta potència tèrmica, mesurada en unitats i, de vegades, desenes de vats.

Per exemple, el transistor FGA25N120ANTD IGBT de Fairchild Semiconductor, si està instal·lat correctament, és capaç de lliurar al voltant de 300 watts de potència tèrmica a través del seu xassís a una temperatura de xassís de 25 ° C. I si la temperatura del seu cas és de 100 ºC, el transistor serà capaç de donar 120 watts, que també és bastant gran. Però, per tal que el cas del transistor pugui donar aquesta calor en principi, cal proporcionar-lo les condicions de treball adequades perquè no es cremi abans.

Tots els interruptors d’energia s’emeten en aquests casos que es poden instal·lar fàcilment en un dissipador de calor extern: un radiador. A més, en la majoria dels casos, la superfície metàl·lica de la clau o un altre dispositiu de la carcassa de sortida està connectada elèctricament a un dels terminals d’aquest dispositiu, per exemple, al col·lector o al desguàs del transistor.

Així, la tasca del radiador és precisament mantenir el transistor i, sobretot, les seves transicions de treball, a una temperatura que no superi el màxim permès.

Si és el cas transistor de silici completament metàl·lica, llavors la temperatura màxima típica és d’aproximadament 200 ° C, si el cas és de plàstic, aleshores de 150 ° C. Podeu trobar fàcilment dades sobre la temperatura màxima d’un transistor concret en el full de dades. Per exemple, per a FGA25N120ANTD és millor si la seva temperatura no supera els 125 ºC.

Coneixent tots els paràmetres tèrmics bàsics, és fàcil triar un radiador adequat. N’hi ha prou per esbrinar la temperatura màxima de l’entorn en què funcionarà el transistor, la potència que haurà de dissipar el transistor, després calcular la temperatura de transició del transistor tenint en compte les resistències tèrmiques de les connexions de cristall, de crocus-radiador, radiador-ambient, després de les quals queda triar un radiador , amb la qual cosa la temperatura del transistor serà almenys lleugerament inferior a la màxima permesa.

El paràmetre més important en la selecció i el càlcul del radiador és la resistència tèrmica. És igual a la relació de la diferència de temperatura a la superfície del contacte tèrmic en graus amb la potència transmesa.

Quan es transfereix calor mitjançant el procés de conducció de calor, la resistència tèrmica es manté constant, que no depèn de la temperatura, sinó que depèn només de la qualitat del contacte tèrmic.

Si hi ha diverses transicions (contactes tèrmics), la resistència tèrmica de la transició, formada per diversos compostos consecutius, serà igual a la suma de les resistències tèrmiques d’aquests compostos.

Així, si el transistor està muntat en un radiador, la resistència tèrmica total durant la transferència de calor serà igual a la suma de resistències tèrmiques: caixa de cristall, radiador de cas, radiador-ambient. D’acord amb això, la temperatura del cristall és en aquest cas segons la fórmula:

A tall d’exemple, considerem el cas quan hem de seleccionar un radiador per a dos transistors FGA25N120ANTD, que funcionarà en un circuit convertidor d’empenta, amb cada transistor dissipant 15 watts de potència tèrmica que s’han de transferir a l’entorn, és a dir de cristalls de transistors a través d’un radiador - per a airejar-se.

Com que hi ha dos transistors, primer trobem un radiador per a un transistor, i després només agafem un radiador amb el doble de superfície de transferència de calor, amb la meitat de resistència tèrmica (utilitzarem juntes aïllants).

Que el nostre dispositiu funcioni a una temperatura ambient de 45 ° C. Que la temperatura del cristall no sigui superior a 125 ºC. Al full de dades, veiem que per al díode integrat, la resistència tèrmica de la caixa de cristall és més gran que la resistència tèrmica de la caixa de cristall directament IGBT i és igual a 2 ° C / W. Aquest valor es tindrà en compte com a resistència tèrmica de la caixa de cristall.

La resistència tèrmica de la junta aïllant en silicona és d’uns 0,5 ° C / W, aquesta serà la resistència tèrmica del radiador de la caixa. Ara, coneixent la potència dissipada, la temperatura màxima de cristall, la temperatura ambiental màxima, la resistència tèrmica de la caixa de cristall i la resistència tèrmica del radiador-cas, trobem la resistència tèrmica necessària del radiador-ambient.

Per tant, hem de triar un radiador per tal que la resistència tèrmica del radiador-ambient s’obtingui en aquestes condicions de 2.833 ° C / W o menys. I a quina temperatura en aquest cas es sobreescalfa el radiador en comparació amb el medi ambient?

Agafeu la resistència tèrmica trobada al límit del radiador-entorn i multipliqueu-la per la potència dissipada, per exemple per a 15 watts. El sobreescalfament serà d’uns 43 ° C, és a dir, la temperatura del radiador serà d’uns 88 ° C. Com que hi haurà dos transistors al nostre circuit, caldrà dissipar la potència dues vegades més, la qual cosa significa que necessiteu un radiador amb una resistència tèrmica la meitat petita, és a dir, 1,4 ° C / W o menys.

Si no teniu l'oportunitat de triar un radiador amb la resistència tèrmica trobada, podeu utilitzar el bon mètode empíric antic: consulteu la programació del llibre de referència. Coneixent la diferència de temperatura entre l’entorn i el radiador (per exemple, 43 ° C), coneixent la potència dissipada (per exemple, per a dos transistors - dos de 15 W cadascun), trobem l’àrea del radiador necessària, és a dir, l’àrea de contacte total del radiador amb l’aire ambient (per al nostre un exemple: dos de 400 cm2).

Vegeu també aquest tema:Polz * grau / watt: quin és aquest paràmetre del radiador?