كيفية حساب المبرد لترانزستور

في كثير من الأحيان ، عند تصميم جهاز قوي على الترانزستورات السلطة ، أو اللجوء إلى استخدام مقوم قوي في الدائرة ، نواجه وضعا عندما يكون من الضروري تبديد الكثير من الطاقة الحرارية ، تقاس بوحدات ، وأحيانا عشرات واط.

على سبيل المثال ، فإن الترانزستور FGA25N120ANTD IGBT من فيرتشايلد لأشباه الموصلات ، إذا تم تثبيته بشكل صحيح ، قادر نظريًا على توفير حوالي 300 واط من الطاقة الحرارية من خلال هيكله عند درجة حرارة هيكل تبلغ 25 درجة مئوية! وإذا كانت درجة حرارة غلافه 100 درجة مئوية ، فسيكون الترانزستور قادرًا على إعطاء 120 واط ، وهو أيضًا كثير جدًا. ولكن حتى تتمكن علبة الترانزستور ، من حيث المبدأ ، من إعطاء هذه الحرارة ، من الضروري تزويدها بظروف عمل مناسبة حتى لا تنفجر في وقت مبكر.

يتم إصدار جميع مفاتيح الطاقة في مثل هذه الحالات التي يمكن تثبيتها بسهولة على بالوعة الحرارة الخارجية - المبرد. علاوة على ذلك ، في معظم الحالات ، يتم توصيل السطح المعدني للمفتاح أو أي جهاز آخر في حاوية الإخراج كهربائياً بأحد المحطات الطرفية لهذا الجهاز ، على سبيل المثال ، إلى المجمع أو باستنزاف الترانزستور.

لذا ، فإن مهمة المبرد هي بالتحديد الحفاظ على الترانزستور ، وبشكل رئيسي التحولات العاملة ، عند درجة حرارة لا تتجاوز الحد الأقصى المسموح به.

إذا كان الأمر كذلك الترانزستور السيليكون المعدن بالكامل ، ثم درجة الحرارة القصوى النموذجية حوالي 200 درجة مئوية ، إذا كانت القضية من البلاستيك ، ثم 150 درجة مئوية. يمكنك بسهولة العثور على بيانات عن أقصى درجة حرارة لترانزستور معين في ورقة البيانات. على سبيل المثال ، بالنسبة إلى FGA25N120ANTD ، من الأفضل ألا تتجاوز درجة الحرارة 125 درجة مئوية.

معرفة جميع المعلمات الحرارية الأساسية ، فمن السهل اختيار المبرد المناسب. يكفي اكتشاف أقصى درجة حرارة للبيئة التي سيعمل فيها الترانزستور ، وهي القوة التي سيتعين على الترانزستور تبديدها ، ثم حساب درجة حرارة الانتقال الخاصة بالترانزستور مع مراعاة المقاومة الحرارية للحالة البلورية ، ورادياتور الزعفران ، وبيئة الرادياتير ، وبعد ذلك يبقى اختيار الرادياتير ، حيث تكون درجة حرارة الترانزستور أقل قليلاً من الحد الأقصى المسموح به.

المعلمة الأكثر أهمية في اختيار وحساب المبرد هي المقاومة الحرارية. وهو يساوي نسبة الفرق في درجة الحرارة على سطح التلامس الحراري بالدرجات إلى القدرة المرسلة.

عندما يتم نقل الحرارة من خلال عملية التوصيل الحراري ، تظل المقاومة الحرارية ثابتة ، والتي لا تعتمد على درجة الحرارة ، ولكن تعتمد فقط على نوعية الاتصال الحراري.

إذا كان هناك العديد من التحولات (التلامس الحراري) ، فإن المقاومة الحرارية للانتقال ، التي تتكون من عدة اتصالات متسلسلة ، سوف تساوي مجموع المقاومة الحرارية لهذه المركبات.

لذلك ، إذا تم تركيب الترانزستور على المبرد ، فإن المقاومة الحرارية الكلية أثناء نقل الحرارة سوف تكون مساوية لمجموع المقاومة الحرارية: علبة البلورة ، علبة غلاف المبرد ، بيئة المبرد. وفقًا لذلك ، تكون درجة الحرارة البلورية في هذه الحالة وفقًا للصيغة:

على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك الحالة التي نحتاج فيها إلى اختيار المبرد لاثنين من الترانزستورات FGA25N120ANTD ، والتي ستعمل في دائرة محول الدفع والشد ، حيث يقوم كل ترانزستور بتبديد 15 واط من الطاقة الحرارية التي يجب نقلها إلى البيئة ، أي من بلورات الترانزستورات من خلال المبرد - في الهواء.

نظرًا لوجود اثنين من الترانزستورات ، نجد أولاً مشعاعًا لترانزستور واحد ، وبعد ذلك نأخذ مشعاعًا به ضعف مساحة نقل الحرارة ، مع نصف المقاومة الحرارية (نستخدم حشيات عازلة).

دع جهازك يعمل عند درجة حرارة محيطة تبلغ 45 درجة مئوية دع درجة حرارة البلورة لا تزيد عن 125 درجة مئوية. في ورقة البيانات ، نرى أنه بالنسبة للديود المدمج ، تكون المقاومة الحرارية لحالة البلورة أكبر من المقاومة الحرارية لحالة البلورة IGBT مباشرة ، وهي تساوي 2 درجة مئوية / واط سوف تؤخذ هذه القيمة في الاعتبار باعتبارها المقاومة الحرارية لحالة الكريستال.

المقاومة الحرارية لحشية السيليكون العازلة حوالي 0.5 درجة مئوية / ث - ستكون هذه المقاومة الحرارية لرادياتير العلبة. الآن ، ومع معرفة القدرة التبددية ، درجة الحرارة القصوى للكريستال ، درجة الحرارة القصوى المحيطة ، المقاومة الحرارية للغلاف البلوري والمقاومة الحرارية لجهاز غلاف المبرد ، نجد المقاومة الحرارية اللازمة لبيئة المبرد.

لذلك ، نحن بحاجة إلى اختيار المبرد بحيث يتم الحصول على المقاومة الحرارية للبيئة المشعاع في ظل ظروف معينة من 2.833 درجة مئوية / ث أو أقل. وإلى أي درجة حرارة في هذه الحالة ترتفع حرارة المبرد مقارنة بالبيئة؟

خذ المقاومة الحرارية الموجودة عند حدود بيئة الرادياتير واضربها بقوة تبدد ، على سبيل المثال لدينا 15 واط. سيكون ارتفاع درجة الحرارة حوالي 43 درجة مئوية ، أي أن درجة حرارة المبرد ستكون حوالي 88 درجة مئوية. نظرًا لوجود اثنين من الترانزستورات في دائرتنا ، سيكون من الضروري تبديد الطاقة بمقدار الضعف ، مما يعني أنك تحتاج إلى مشعاع بنصف مقاومة حرارية بحجم صغير ، أي 1.4 درجة مئوية / ث أو أقل.

إذا لم تكن لديك الفرصة لاختيار المبرد مع المقاومة الحرارية الموجودة ، يمكنك استخدام الطريقة التجريبية القديمة الجيدة - راجع الجدول الزمني من الكتاب المرجعي. مع العلم عن اختلاف درجة الحرارة بين البيئة والرادياتير (على سبيل المثال ، 43 درجة مئوية) ، ومعرفة القدرة المتباينة (على سبيل المثال ، بالنسبة إلى اثنين من الترانزستورات - اثنان من 15 واط لكل منهما) ، نجد منطقة المبرد اللازمة ، أي مساحة التلامس الإجمالية للرادياتير مع الهواء المحيط (بالنسبة لنا مثال - اثنان من 400 سم 2).

انظر أيضا في هذا الموضوع:بوصة * درجة / واط - ما هي هذه المعلمة المبرد؟