Простой расчет площади теплоотвода для мощных транзисторов и тиристоров
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.
Конструкторы чаще выдумывают, чем рассчитывают, какую площадь должен иметь теплоотвод. Из-за этого либо сгорают транзисторы, либо теплоотводы получаются более громоздкими.
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.
Есть такой параметр, как тепловое сопротивление. Он показывает, на сколько градусов нагревается объект, если в нем выделяется мощность 1 Вт. К сожалению, в справочниках по транзисторам такой параметр приводится редко. Например. для транзистора в корпусе ТО-5 тепловое сопротивление равно 220°С на 1 Вт. Это означает, что если в транзисторе выделяется 1 Вт мощности, то он нагреется на 220°С. Если допускать нагрев не более чем до 100°С, например, на 80°С относительно комнатной температуры, то получим, что на транзисторе должно выделяться не более 80/220 = 0,36 Вт. В дальнейшем будем считать допустимым нагрев транзистора или тиристора не более, чем на 80°С.
Существует грубая формула для расчета теплового сопротивления теплоотвода Q = 50/ √S °С/Вт. (1)
где S — площадь поверхности теплоотвода, выраженная в квадратных сантиметрах. Отсюда площадь поверхности можно рассчитать по формуле:
Что же такое радиатор? Я твержу уже третий абзац про него, а толком так ничего и не рассказал! Ладно, смотрим:
Посмотрим на полную схему охлаждения транзистора.
Разобрались? Поехали дальше!
Пример: радиатор из примера выше для конвекционного охлаждения. Размеры основания: 70х80мм Размер ребра: 30х80мм Кол-во ребер: 8 Площадь основания: 2х7х8=112кв.см Площадь ребра: 2х3х8=48кв.см. Общая площадь: 112+8х48=496кв.см.
В приложении есть маленький программчик, в котором можно посчитать примерную площадь радиатора для какой-нибудь микросхемы или транзистора. С помощью него давайте рассчитаем радиатор для какого-нибудь блока питания. Схема блока питания.
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.
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 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.
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).
При расчете обычно исходят из температуры окружающей среды 20°С и допустимом перегреве на 80°С, т. е. нагреве тепловыделяющего элемента до 100°С.
Тепловое сопротивление радиатора Q = 50/√S (°С/Вт) (1), где S – площадь поверхности теплоотвода, выраженная в квадратных сантиметрах.
Отсюда площадь поверхности для искомого теплового сопротивления S = (50/Q)2 (см2) (2).
Радиатор площадью 1000 см2, из расчета по формуле (1), имеет тепловое сопротивление Q = 1,6 °С/Вт. При допустимом перегреве 80°С получаем мощность рассеяния 80/1,6 = 50 Вт.
Если необходимо рассеять мощность 30 Вт, при перегреве 60°С, требуемое тепловое сопротивление Q = 60/30 = 2 °C/Вт. Тогда по формуле (2) определяем площадь S = (50/2)2 = 625 см2. Если рассеиваемая мощность составляет 40 Вт, при том же перегреве на 60°С, требуемое тепловое сопротивление Q = 60/40 = 1,5 °C/Вт. Тогда нужна площадь радиатора S = (50/1,5)2 = 1111 см2.
2. Тепловое сопротивление радиатор-среда сильно зависит от конструкции радиатора: такой, как на процессорах, например, предназначен для активного охлаждения. Без куллера эго эффективная площадь раза в 3 меньше геометрической. «Пассивный» радиатор имеет толстые ребра и большие промежутки между ними.
3. Кроме этого, учитывайте тепловое сопротивление корпус-радиатор (Case-to-Sink) и кристалл-корпус (Junction-to-Case). При тепловом сопротивлении корпус-радиатор для, скажем корпуса ТО-220 порядка 0,5 градус/Вт. При использовании изолированного (пластмасового) корпуса или наличия прокладки сопротивление может повыситься до 1,5 град/Вт. Т. е. при мощности 20 Вт корпус будет на (0,5. 1,5)*20=10. 30 градусов теплее радиатора (при использовании термопасты где-то на 0,2. 0,3 гр/Вт меньше). Тепловое сопротивление кристалл-корпус тоже где-то 0,5. 1 град/Вт. Т. е. кристалл горячее корпуса, а кристалл нельзя нагруевать выше 120 градусов.
4. При импульсном характере тепловыделения (выход в классе В и АВ) важно не только иметь хорошую площадь радиаора, но и быстрый отвод тепла от зоны корпуса. Для этого подошва радиатора должна быть довольно массивной (толстой).
В книге П. Шкритека «Руководство по звуковой схемотехнике». Есть на сайте. пункт 13.15.3 Примеры расчета усилителя. Стр. 239 по бумажному варианту.
Оценка площади охлаждающей поверхности радиатора
Микросхема УМЗЧ обязательно должна быть установлена на радиаторе – ведь даже в состоянии покоя на ней рассеивается мощность, равная P0=UпI0=(2•25)•0,07=3,5 Вт. Чтобы рассчитать необходимую площадь радиатора, вычислим максимальную рассеиваемую мощность для случая работы в идеальном классе В: где Uп – полное напряжение источника питания, Rн – сопротивление нагрузки, Р0 – мощность, рассеиваемая в режиме покоя. При полном напряжении источника питания Uп =50 В, Rн =8 Ом на корпусе микросхемы должна рассеиваться мощность около 19,3 Вт. Ясно, что температура кристалла при работе всегда должна быть ниже 150ºС. Примем температуру окружающего воздуха 53 ºС, тогда тепловое сопротивление переход – окружающая среда должно быть меньше, чем: (150-53)/19,3=5,0 ºС/Вт.
Обычно сумма тепловых сопротивлений корпус – радиатор и радиатор – окружающая среда оказываются меньше, чем 2,0 ºС/Вт. Тепловое сопротивление корпус – радиатор зависит от способа установки микросхемы. Если использовано непосредственное соединение металл – металл, тепловое сопротивление будет примерно 1,0 ºС/Вт при использовании теплопроводной пасты и 1,2 ºС/Вт при ее отсутствии.
Полезно оценить результаты расчетов радиатора с помощью какой-нибудь программы, например, [4]. Самый прикидочный расчет площади охлаждающей поверхности радиатора: 20 квадратных сантиметров на каждый ватт рассеиваемой микросхемой мощности. Для радиаторов, выполненных из алюминиевых сплавов с ребрами не тоньше 3 мм при шаге ребер не менее 10 мм и свободном потоке воздуха площадь радиатора можно оценить следующей приближенной формулой: S[кв см]≈600/Rθр-с[ºС/Вт]=600/1,4=430 кв см. Как уже указывалось, микросхема LM1875 снабжена эффективной схемой тепловой защиты. Когда температура кристалла микросхемы достигнет 170 ºС, схема тепловой защиты срабатывает, и усилитель выключается. Включение происходит после понижения температуры кристалла до 145 ºС. Однако, если температура кристалла снова начнет повышаться, то теперь отключение произойдет уже при 150 ºС.
ОУ, выходная мощность которых превышает 1 Вт, обычно требуют установки теплоотвода (радиатора) для охлаждения кристалла. Напомню, что усилитель, работающий в режиме AB, имеет КПД около 50%. Это означает, что он выделяет столько же мощности в виде тепла, сколько отдает в нагрузку. Поэтому для охлаждения кристалла микросхемы (транзистора) необходимо использовать теплоотвод.
Стоит также отметить, что срок службы микросхемы напрямую зависит от ее температуры. Существует правило, гласящее, что при увеличении температуры кристалла на 10 °С срок его службы падает вдвое. Это значит, что при увеличении температуры кристалла с 60 до 100 °С срок его службы снизится уже в 1 б раз! Поэтому эффективное. охлаждение — залог надежной и долгой работы устройства.
Радиаторы, используемые для охлаждения радиоэлементов, классифицируются по строению на:
• ребристые (рис. 2.17, а);
• игольчатые (рис. 2.17, б). По типу вентиляции:
• с естественной вентиляцией;
• с принудительной вентиляцией.
Эти типы радиаторов отличаются плотностью расположения ребер или игл. Для радиаторов с естественной вентиляцией расстояние между ребрами (иглами) должно быть не менее 4 мм. К тому же такие радиаторы рассчитаны для работы только в вертикальном положении, когда воздух под действием естественных сил движется между ребрами. Если расстояние между ребрами (иглами) составляет около 2 мм, то такой радиатор рассчитан на принудительную вентиляцию и требует установки вентилятора.
По применяемым материалам:
• алюминиевые с медным основанием.
Существуют методики точного расчета радиаторов, учитывающие рассеиваемую мощность, параметры окружающей среды, конфигурацию, материал радиатора и т. д. Однако эти методики нужны на этапе проектирования теплоотвода. Радиолюбители редко самостоятельно изготавливают радиаторы, чаще используя готовые, взятые из старой радиоаппаратуры. В конечном итоге нас интересует только один параметр — максимальная рассеиваемая мощность для этого радиатора. Чтобы определить его, достаточно знать всего две характеристики: тип вентиляции и площадь рассеивающей поверхности (проще говоря, площадь радиатора).
Площадь ребристого радиатора вычисляется как сумма площадей всех его ребер и площади основания. Заметьте, что у одного ребра две излучающие поверхности. Это значит, что ребро размером 1×1 см имеет площадь 2 см2. Площадь игольчатого радиатора вычисляется как сумма площадей всех его игл и площади основания. Площадь одной иглы можно вычислить по формуле:
После этого допустимая рассеиваемая мощность может быть оценена по формуле:
где Р — допустимая рассеваемая мощность, Вт; S — площадь радиатора, см2; к — коэффициент, учитывающий тип вентиляции. Для естественной вентиляции к = 33, для принудительной вентиляции к = 11.
Тепловое сопротивление радиатора может быть оценено по формуле Rth=(51*k)/S, описанной здесь: http://forum. /index. php? showtopic=32031
В последние годы в радиолюбительской практике все чаще применяются системы охлаждения для процессоров персональных компьютеров (cooler — кулеры). Кулеры современных процессоров рассчитаны на рассеивание мощности около 100 Вт даже при небольшой вентиляции.
4 °С/Вт (несоизмеримо мало по сравнению с тепловым сопротивлением перехода кристалл-подложка либо радиатора и окружающей среды), поэтому при тепловом расчете системы охлаждения этой потерей можно пренебречь.
http://forum. /index. php? showtopic=32031
Что бы совсем разобратся нужно на конкретном примере. К примеру есть ИМС длина 2см ширина 1см толщина 0,5 см Мощность 535 мВт Температура воздуха 22 по цельсию. Как считать?
Определяем излучающую площадь микросхемы. Учтем, что она брюхом скорее всего будет прилегать к плате, так что там конвекции не будет. Возьмем эквивалентную площадь брюха как ½ от геометрической площади: 2(2*0,5)+2(1*0,5)+1*2+1*1=2+1+2+1=6 см2 – полная излучающая площадь микросхемы 2. Подсчитаем тепловое сопротивление перехода корпус – воздух: Rth=(51*k)/S=(51*33)/6=280,5 C/W 3. Микросхема судя по всему маломощная, прими её тепловое сопротивление равным 3 C/W (или можно рассчитать точно, если знаете как) 4. Общее тепловое сопротивление равно 280,5+3=283,5 C/W Это значит что температура кристалла будет на 283,5 градуса выше температуры окр. среды при выделении 1 Вт. тепла. 5. Определяем температуру кристалла: 283,5*0,535+22=173 =) 6. Определяем температуру корпуса: 280,5*0,535+22=172
Резонный вопрос – есть ли здесь ошибка? Ошибка может быть в определении Rth корпуса микросхемы. эта формула используется для определения теплового сопротивления ребристых радиаторов, по этому в области малых значений площади может давать не верный результат. Еще недостатком методики является то, что мы не учитываем охлаждения микросхемы через саму плату.
Радиаторы в радиоэлектронных конструкциях
Сразу скажем — научно-обоснованной методики для расчета охлаждающих радиаторов не существует. По этому поводу можно написать не одну диссертацию или монографию (и написаны, и много), но стоит изменить конфигурацию охлаждающих ребер или стержней, расположить радиатор не вертикально, а горизонтально, приблизить к нему любую другую поверхность снизу, сверху или сбоку — все изменится, и иногда кардинально. Именно поэтому производители микропроцессоров или процессоров для видеокарт предпочитают не рисковать, а снабжать свои изделия радиаторами с вентилятором — принудительный обдув, даже слабенький, повышает эффективность теплоотвода в десятки раз, хотя большей частью это совершенно не требуется (но они поступают по закону «лучше перебдеть, чем недобдеть», и это правильно). Здесь мы приведем только пару-другую эмпирических способов, которые оправдали себя на практике и годятся для того, чтобы рассчитывать пассивные (то есть без обдува) радиаторы для подобных усилителей или для аналоговых источников питания, о которых пойдет речь в следующей главе.
Рис. 8.4. Типичный пластинчатый радиатор
Сначала рассмотрим, как рассчитывать площадь радиаторов, исходя из их геометрии. На рис. 8.4 схематично показан типичный пластинчатый радиатор. Для расчета его площади нужно к площади его основания прибавить суммарную площадь его ребер (также с каждой стороны). Если нижней стороной радиатор прижимается к плате, то лучше считать рабочей только одну сторону основания, но мы предположим, что радиатор «висит» в воздухе (как часто и бывает) и поэтому площадь основания удваивается: Socn-’^-LyLi. Площадь одного ребра (тоже с двух сторон) Sp = 2-Lyh, но к этой величине нужно еще прибавить боковые поверхности ребра, площадь которых равна SQoK = 2′hd. Ребер всего 6, поэтому общая площадь радиатора будет равна S = Soctt + 6-5р + б-б’бок. Пусть L1 = 3 см, I2 = 5 см, Л = 3 см, 5 = 0,2 см, тогда общая площадь такого радиатора будет 145 см^. Разумеется, это приближенный расчет (мц не учли, скажем, боковую поверхность основания), но для наших целей точность и не требуется.
Вот два эмпирических способа для расчета рассеиваемой мощности в зависимости от площади поверхности, и пусть меня не слишком строго осудят за то, что никаких особенных научных выкладок вы здесь не увидите.
Способ первый и наипростейший: площадь охлаждающего радиатора должна составлять Юсм^ на каждый ватт выделяющейся мощности. Так что радиатор с приведенными на рис. 8.4 размерами, согласно этому правилу может рассеять 14,5 Вт мощности— как раз под наш усилитель с некоторым запасом. И если вас не жмут размеры корпуса, то вы вполне можете ограничиться этим прикидочным расчетом.
Если же хотите подсчитать поточнее, то вот один из более сложных способов, который годится для радиаторов средних размеров (Ii=20—180 мм, 12 = 40—125 мм).
Рис. 8.5. Эффективный коэффициент теплоотдачи ребристого радиатора в условиях свободной конвекции при различной длине ребра: 1 — /7 = 32 мм; 2 — /7 = 20 мм; 3 — /7 = 12,5 мм
Для оценки тепловой мощности радиатора можно использовать формулу Ж=азфф-е.5,где:
? W— мощность, рассеиваемая радиатором, Вт;
? аэфф— эффективный коэффициент теплоотдачи, Вт/м^°С (см. график на рис. 8.5);
? 0 — величина перегрева теплоотдающей поверхности, °С, Q = Т^- Tq^ (Гс— средняя температура поверхности радиатора, Гос — температура окружающей среды);
? S— полная площадь теплоотдающей поверхности радиатора, м1
Обратите внимание, что площадь в эту формулу подставляется в квадратных метрах, а не сантиметрах.
Итак, приступим: сначала зададимся желательным перегревом поверхности, выбрав не слишком большую величину, равную 30 °С. Грубо говоря, можно считать, что при температуре окружающей среды 30 °С, температура поверхности радиатора составит 60 °С. Если учесть, что разница между температурой радиатора и температурой кристалла транзистора или микросхемы при хорошем тепловом контакте (о котором ниже) может составить примерно 5 °С, то это приемлемо для практически всех полупроводниковых приборов. Высота ребер h у нас составляет 30 мм, поэтому пользуемся верхней кривой на графике рис. 8.5, откуда узнаем, что величина коэффициента теплоотдачи составит примерно 50 Вт/м^°С. После вычислений получим, что W = 22 Вт. По простейшему правилу ранее мы получили 14,5 Вт, то есть, проведя более точные расчеты, мы можем несколько уменьшить площадь, тем самым сэкономив место в корпусе. Однако повторим, если место нас не жмет, то лучше всегда иметь запас.
Радиатор следует располагать вертикально, и ребра также должны располагаться вертикально (как на рисунке), а поверхность его следует покрасить в черный цвет. Я еще раз хочу напомнить, что все эти расчеты очень приблизительны, и даже сама методика может измениться, если вы поставите радиатор не вертикально, а горизонтально или снабдите радиатор игольчатыми ребрами вместо пластинчатых. К тому же мы никак не учитываем здесь тепловое сопротивление переходов кристалл-корпус и корпус-радиатор (просто предположив, что разница температур составит 5 °С).
Тем не менее, указанные методы дают хорошее приближение к истине, но если мы не обеспечим хороший тепловой контакт, все наши расчеты могут пойти насмарку. Просто плотно прижать винтом транзистор к радиатору, конемно, можно, но только в том случае, если поверхность радиатора в месте прижима идеально плоская и хорошо отшлифована. Практически этого никогда не бывает, поэтому радиатор в месте прижима смазывают специальной теплопроводящей пастой. Ее можно купить в магазинах, а иногда тюбик с такой пастой прикладывают к «кулерам» для микропроцессоров. Смазывать надо тонким, но равномерным слоем, не перебарщивать в количестве. Если на один радиатор ставятся два прибора, у которых коллекторы находятся под разным напряжением^ то под корпус нужно проложить изолирующую прокладку, под крепежные винты — изолирующие пластиковые шайбы, а на сами винты надеть отрезок изолирующей кембриковой трубки длиной, равной толщине радиатора в месте отверстия (рис. 8.6).
Самые удобные изолирующие прокладки— слюдяные, очень хороши прокладки из анодированного алюминия (но за ними надо внимательно следить, чтобы не процарапать тонкий слой изолирующего окисла) и из керамики (которые, впрочем, довольно хрупки и могут треснуть при слишком сильном нажиме). Кстати, за неимением фирменных прокладок можно использовать тонкую фторопластовую (но не полиэтиленовую, разумеется!) пленку, следя за тем, чтобы ее не прорвать. При установке на прокладку теплопроводящая паста наносится тонким слоем на обе поверхности — и на транзистор, и на радиатор.
http://interlavka. *****/interarh/umz. htm
Рисунок 18 Распространение тепла внутри несущего основания теплоотвода.
При толщине несущего основания 3 мм тепло от фланца довольно быстро достигает тыльной стороны и далее распространаяется довльно медленно, поскоьку толщина материала слишком мала. В результате происходит довольно большой местный нагрев, а охлаждающие плоскости (ребра) остаются холодными. При толщине несущего основания 8 мм тепло от фланца уже достигает обратной стороны радиатора гораздо медленней, поскольку необходимо прогреть участки радиатора в горизонтальной плоскости. Таким обюразом нагрев происходит более равномерно и охлаждающие плоскости начинают прогреваться более равномерно. Можно было бы конечно выкопать кучу формул и выложить их здесь, но это слишком «тяжелая» математика, поэтому остановимся лишь на приблизительных результатах расчетов. Толщина несущего основания для усилителй АВ должна составлять 1 мм на каждые 10 Вт выходной мощности усилителя, но не менее 2 мм. При мощностях свыше 100 Вт толщина несущего основания должна быть не менее 9 мм + 1 мм на каждые 50 Вт превышающие 100 Вт. Для усилителей мощности с многоуровневым питанием (G и H) толщину несущего основания следует расчитывать аналогичными образом, но в качестве исходной мощности следует брать мощность усилителя деленную на количество уровней питания.
Площадь радиатора расчитывается исходя из мощности усилителя и опуская формулы может быть определена по таблице:
ПЛОЩАДЬ РАДИАТОРА ПРИ ХОРОШИХ УСЛОВИЯХ ОХЛАЖДЕНИЯ, кв см РАДИАТОРЫ СНАРУЖИ КОРПУСА, РЕБРА РАСПОЛОЖЕНЫ ВЕРТИКАЛЬНО
ПЛОЩАДЬ РАДИАТОРА ПРИ ПЛОХИХ УСЛОВИЯХ ОХЛАЖДЕНИЯ, кв см РАДИАТОРЫ ВНУТРИ КОРПУСА ИЛИ ЭТО АВТОМОБИЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
Рисунок 21 Внешний вид компьтерных вентиляторов
Рисунок 22 Слева малопроизводительный безшумный, справа высокопроизводительный гудящий.
При выборе вентилятора кроме производительности следует определиться с размерами, поскольку размеров на рынке уже достаточно много, да и наработка на отказ у всех разная, поскольку некоторые проиводители используют подшипники скольжения (вал крыльчатки вращается во вкладышах из порошковой бронзы), а некоторые используют шарико-подшипники, которые конечно же работают гораздо дольше и меньше подвержены забиванию пылью. Вариантов обдува может быть несколько, для примера расмотрим два, самых популярных. Первый, по сути широко используемый в компьютерной технике, вариант, когда вентилятор устанавнивается со стороны ребер, причем воздушный поток направляется как раз между ребер охлаждения (рис 23).
Рисунок 23 Установка вентилятора со стороны ребер радиатора
Мене популярный среди компьютерной техники, но достаточно популярный среди промаппаратуры спосб трубы. В этом варианте два радиатора разворачиваются ребрами друг к другу, а воздушный поток направляется между ребрами вентилятором расположенным с торца радиаторов (рис 24).
Рисунок 24 Сборка аэротрубы из двух одинаковых радиаторов.
Подводя итоги всего выше сказанного можно сделать выводы: -при выборе радиатора следует обращать внимание не только на площадь охлаждения, но и на толщину несущего основания; -усилители мощности с двухуровневым питанием греются почти в 2 раза меньше усилителей класса АВ при одинаковых выходных мощностях; -при недостатке площади охлаждения мощно использовать принудительное охлаждение (вентиляторы) с регулируемой производительностью.
О ТРАНЗИСТОРАХ НА РАДИАТОРАХ
Рисунок 25 Такой диск хорошо использовать для удаления старой краски, выравнивания поверхности радиатора в местах удаления «не нужных ребер», «черновой» шлифовки. Во время обработки радиатор обязательно закрепить в тисках подходящего размера.
Рисунок 28
Рисунок 29
Рисунок 30 Крепление транзистора ТО-220 с помощью самодельного изолирующего винта.
Рисунок 31 Крепление транзисторов к радиатору с помощью планки.
Рисунок 32
Страница подготовлена по материалам ОГРОМНОГО количества сайтов о теплотехнике, аудиотехнике, сайтов о разгонах процессоров компьютеров и способах охлаждения, путем замеров и сравнений заводских вариантов усилителй мощности, использовались сообщения и переписки посетителей форумов ПАЯЛЬНИК и НЕМНОГО ЗВУКОТЕХНИКИ
Радиаторы и охлаждение.
Что же такое радиатор? Я твержу уже третий абзац про него, а толком так ничего и не рассказал! Ладно, смотрим:
Посмотрим на полную схему охлаждения транзистора.
Разобрались? Поехали дальше!
Пример: радиатор из примера выше для конвекционного охлаждения. Размеры основания: 70х80мм Размер ребра: 30х80мм Кол-во ребер: 8 Площадь основания: 2х7х8=112кв. см Площадь ребра: 2х3х8=48кв. см. Общая площадь: 112+8х48=496кв. см.
В приложении есть маленький программчик, в котором можно посчитать примерную площадь радиатора для какой-нибудь микросхемы или транзистора. С помощью него давайте рассчитаем радиатор для какого-нибудь блока питания. Схема блока питания.
Конструкторы чаще выдумывают, чем рассчитывают, какую площадь должен иметь теплоотвод. Из-за этого либо сгорают транзисторы, либо теплоотводы получаются более громоздкими.
где Uп – полное напряжение источника питания, Rн – сопротивление нагрузки, Р0 – мощность, рассеиваемая в режиме покоя.
