Como calcular o radiador para um transistor

Frequentemente, ao projetar um dispositivo poderoso em transistores de potência ou ao recorrer ao uso de um retificador poderoso no circuito, somos confrontados com uma situação em que é necessário dissipar muita energia térmica, medida em unidades e, às vezes, dezenas de watts.

Por exemplo, o transistor IGBT FGA25N120ANTD da Fairchild Semiconductor, se instalado corretamente, é teoricamente capaz de fornecer cerca de 300 watts de energia térmica através de seu chassi a uma temperatura de 25 ° C! E se a temperatura do seu gabinete for 100 ° C, o transistor poderá fornecer 120 watts, o que também é bastante. Porém, para que o caso do transistor, em princípio, seja capaz de fornecer esse calor, é necessário fornecer condições de trabalho adequadas para que ele não se queime com antecedência.

Todos os interruptores são emitidos nesses casos, que podem ser facilmente instalados em um dissipador de calor externo - um radiador. Além disso, na maioria dos casos, a superfície metálica da chave ou outro dispositivo no compartimento de saída é eletricamente conectada a um dos terminais deste dispositivo, por exemplo, a um coletor ou ao dreno de um transistor.

Portanto, a tarefa do radiador é exatamente manter o transistor, e principalmente suas transições de trabalho, a uma temperatura que não exceda o máximo permitido.

Se o caso transistor de silício completamente metálico, a temperatura máxima típica é de cerca de 200 ° C; se o gabinete for de plástico, então 150 ° C. Você pode encontrar facilmente dados sobre a temperatura máxima de um transistor específico na folha de dados. Por exemplo, para FGA25N120ANTD, é melhor se a temperatura não exceder 125 ° C.

Conhecendo todos os parâmetros térmicos básicos, é fácil escolher um radiador adequado. Basta descobrir a temperatura máxima do ambiente em que o transistor funcionará, a potência que o transistor terá para dissipar e, em seguida, calcular a temperatura de transição do transistor, levando em consideração as resistências térmicas das conexões de caixa de cristal, açafrão-radiador, ambiente-radiador, após o qual resta escolher um radiador com a qual a temperatura do transistor será pelo menos ligeiramente menor que a máxima permitida.

O parâmetro mais importante na seleção e cálculo do radiador é a resistência térmica. É igual à razão entre a diferença de temperatura na superfície do contato térmico em graus e a potência transmitida.

Quando o calor é transferido através do processo de condução de calor, a resistência térmica permanece constante, o que não depende da temperatura, mas depende apenas da qualidade do contato térmico.

Se houver várias transições (contatos térmicos), a resistência térmica da transição, composta por vários compostos consecutivos, será igual à soma das resistências térmicas desses compostos.

Portanto, se o transistor estiver montado em um radiador, a resistência térmica total durante a transferência de calor será igual à soma das resistências térmicas: caixa de cristal, caixa de radiador, ambiente de radiador. Por conseguinte, neste caso a temperatura do cristal está de acordo com a fórmula:

Como exemplo, considere o caso em que precisamos selecionar um radiador para dois transistores FGA25N120ANTD, que funcionará em um circuito conversor push-pull, com cada transistor dissipando 15 watts de energia térmica, que deve ser transferido para o ambiente, ou seja, de cristais de transistores através de um radiador - para o ar.

Como existem dois transistores, primeiro encontramos um radiador para um transistor, após o qual pegamos um radiador com o dobro da área de transferência de calor, com metade da resistência térmica (usaremos juntas isolantes).

Deixe nosso dispositivo operar a uma temperatura ambiente de 45 ° C. Mantenha a temperatura do cristal não superior a 125 ° C. Na folha de dados, vemos que, para o diodo embutido, a resistência térmica da caixa de cristal é maior que a resistência térmica da caixa de cristal diretamente IGBT e é de 2 ° C / W. Este valor será levado em consideração como resistência térmica da caixa de cristal.

A resistência térmica da junta isolante de silicone é de cerca de 0,5 ° C / W - essa será a resistência térmica do radiador da caixa. Agora, conhecendo a potência dissipada, a temperatura máxima do cristal, a temperatura ambiente máxima, a resistência térmica do invólucro de cristal e a resistência térmica do radiador do invólucro, encontramos a resistência térmica necessária do ambiente do radiador.

Portanto, precisamos escolher um radiador para que a resistência térmica do ambiente do radiador seja obtida nessas condições de 2,833 ° C / W ou menos. E a que temperatura, neste caso, o radiador superaquece em comparação com o ambiente?

Pegue a resistência térmica encontrada no limite do ambiente do radiador e multiplique pela potência dissipada, por exemplo, 15 watts. O superaquecimento será de cerca de 43 ° C, ou seja, a temperatura do radiador será de cerca de 88 ° C. Como haverá dois transistores em nosso circuito, será necessário dissipar a energia duas vezes mais, o que significa que você precisa de um radiador com resistência térmica metade da menor, ou seja, 1,4 ° C / W ou menos.

Se você não tiver a oportunidade de escolher um radiador com a resistência térmica encontrada, poderá usar o bom e velho método empírico - consulte a programação do livro de referência. Conhecendo a diferença de temperatura entre o ambiente e o radiador (por exemplo, 43 ° C), conhecendo a potência dissipada (por exemplo, para dois transistores - dois de 15 W cada), encontramos a área necessária do radiador, ou seja, a área total de contato do radiador com o ar ambiente (por exemplo, um exemplo - dois de 400 cm2).

Veja também sobre este tópico:Polegada * grau / watt - qual é esse parâmetro do radiador?