Силови транзистори и разсейване на топлината

Често е необходимо, както видяхме в диаграмата по-горе, да се използва мощност транзистори или друго устройство от висок ток, като Индимедия или Токоизправители, разсейвана мощност много вата. Евтините и много често мощност транзистор 2N3055, правилно монтирани, разсейва 115 вата. Всички мощни устройства се предлагат в пакети, осигурява топлинен контакт между металната повърхност и външния си радиатор. В много случаи, металната повърхност на устройството е свързано електрически към една от клемите (например транзистор мощност винаги е свързан към колектора).

По принцип, радиатор проблем - притежават преходи на транзистори или други устройства, при температура не по-дълъг тяхната определена максимална работна температура. За силициеви транзистори в метални кутии максимална температура на преход обикновено е 200 ° С, и за транзистори в пластмасов корпус е 150 ° С Познаването на тези параметри, дизайн на радиатора е проста: знаейки силата, че устройството ще се разсее в схемата, изчисляване на температурата на преход с термичната проводимост на транзистора, радиатора и транзистор максималната работна температура на околната среда на средата. След това изберете радиатор за температура на прехода беше доста под максималната стойност, определена от производителя. Налице е разумно да бъдат безопасни, тъй като при температури, близки до максималните, транзисторът бързо се провали.

Термична устойчивост. При изчисляване на радиатора използва термична устойчивост θ, което е съотношението на разлика стойността на температурата в градуси на излъчваната мощност. Когато възникне пренос на топлина само чрез проводимост, термичната устойчивост - константа стойност, независимо от температурата, и в зависимост само на термичен контакт устройство. За последователно серия от термични контакти общо термична устойчивост е сумата от термичните съпротивления на отделните съединения. Така, един транзистор монтиран на радиатор, общата топлинна устойчивост, когато топлината се предава от р-М - преход към външната среда е сумата на топлинната устойчивост прехода - θpk корпуса. Връзка жилища - θkr радиатор и радиатор преход - сряда θrs. Така, р-п температура - прехода е равно на

където Р е разсейването на енергия

Помислете за пример. Преди понижено верига захранване с външен преминаване през транзистор има максимална мощност разсейване на транзистора 20 не се стабилизира W на входно напрежение от 15 V (10 V спад на напрежението, 2). Да приемем, че тази схема трябва да работи при температура на околната среда 50 ° С - не така изключително компактна конструкция за електронно оборудване, - и да се опита да се поддържа температура на преход под 150 ° С, например много по-ниска от 200 ° С, указани от производителя. Термично съпротивление от възел на тялото е равна на 1,5 ° C / W. А мощност транзистор в пакет TO-3 монтиран със специално уплътнение, което осигурява електрическа изолация и термичен контакт има термична устойчивост от корпуса към радиатора около 0,3 ° C / W. Накрая, Wakefield радиатор компания, модел 641 (фиг. 6,6) има термична устойчивост на граничната повърхност с външната среда от порядъка на 2,3 ° C / W. Следователно, общо термично съпротивление между р-М - възел и околната среда ще бъде равна на 4,1 ° C / W. В 20 W температура разсейване на мощност преход е 84 ° С над температурата на околната среда, т.е. ще бъде равна на 134 ° С (при максимална външна температура в този случай). По този начин, избран радиатора е подходящ, и ако искате да спестите място, можете да изберете няколко по-малки.

Бележки по радиаторите.

1. В схемите, където се разсеят висока мощност, например няколкостотин вата, може да се наложи принудително въздушно охлаждане. За тази цел тя произвежда големи радиатори, предназначени за използване с вентилатори, и с много ниско топлинно съпротивление от радиатора към външната среда - от 0,05 до 0,2 ° C / W.

2. Ако транзистора е електрически изолирана от радиатора, като обикновено е необходимо, особено ако няколко транзистори монтирани върху радиатор, след използването на тънки изолационни втулки между транзистори и поглътители на топлина, както и изолационни втулки за монтаж винтове. Уплътнители, произведени съгласно стандарт транзистор и кутии от слюда изолирани алуминий и берилий Ve02 диоксид. При използване на топлопроводима грес те създават допълнителна термична устойчивост на 0,14 ° C / W (берилий) до 0,5 ° C / W. Една добра алтернатива на класическата комбинация от слюда плюс подложка може да служи като изолатори лубрикант основава на органосилициеви съединения без използването на лубрикант покрити с дисперсията термопроводящ съединение; обикновено борен нитрид или алуминиев оксид. Тези изолатори са чисти и сухи, лесен за употреба, не заплашва да се оцвети с ръце, дрехи и електроника, бяла лепкава субстанция, освен като ви спестява много време. Термичното съпротивление на изолатора е 0.2 - 0.4 ° С / W, т.е. напълно сравнима със стойностите на "мръсни" метод ... Bergquist компания призовава своя продукти «Сил-тампон», Chomerics - «Чо - Therm», SPC продукт, известен като «Koolex», Xhermalloy призовава му «Thermasil». В работата си успешно да използват всички тези изолатори.

3. Малки радиатори се произвеждат под формата на прости малки дюзи за транзистори корпуси (подобно на стандартен TO-5). В случай на ниска мощност разсейване (1 - 2 W), която е достатъчно и не трябва да страдат от монтиране на транзистора на разстояние до радиатора, а след това го плъзнете обратно към електрическата жица (виж пример на фигура 6.6 ..). В допълнение, има различни видове малки радиатори за работа с мощни IC в пластмасови кутийки (много стабилизатори, както и мощност транзистори имат корпуса), които са монтирани директно върху дъската на жилища на IC. Това е много полезно за приложения, където властта е не повече от няколко вата разсейва (виж примера. Както е показано на фиг. 6.6).

4. Понякога е удобно за монтиране на транзистора мощност директно върху шасито или корпуса. В този случай е добре да се използва консервативен метод издатък (камерата трябва да бъде студено), тъй като нагрява тялото ще нагрее и други елементи на веригата и намаляване на техния живот.

5. Ако транзистора е монтиран на радиатора без изолация, е необходимо да се изолира радиатора от шасито. Прилагане на изолационни дистанционните елементи трябва винаги (например, модел 103 Wakefield), разбира се, ако тялото на транзистор не се основава на идеята. Ако транзистора е изолиран от радиатора, радиатора може да се монтира директно към шасито. Но ако транзистора излиза от апарата (например радиатор е монтиран от външната страна на Stogniy задна стена), че има смисъл да се изолират на транзистора, така че никой преди него случайно докосна и не е заключена на земята (изолиране може да бъде, например, уплътнение Thermalloy 8903N).

6. термично съпротивление на радиатора - среда vnshnyaya общо означени когато перките на радиатора са разположени вертикално и се продухва с въздух без смущения. Ако радиатора е инсталиран като различен или съществуват пречки пред пътя на въздушния поток, ефективността на радиатора е намалена (повишена термична устойчивост); най-добре да се монтира радиатора на задната страна на устройството, поставяне на ребро вертикално.

Фиг. 6.6. Радиатори за силови транзистори. Компании - производители: I - IERC, Т - Thermalloy, W - Wakefield, (размери са в инча, 1 "= 25.4 mm).

Упражнение 6.2. Транзистор 2N5320. като резистентност възел корпус топлинна 17,5 ° С / W, подвижен тип радиатор IERC TXBF (вж. фиг. 6.6). Максимално допустимата температура на възел на 200 ° С Колко енергия може да се разсее тази структура при външна температура от 25 ° C? Как тази сила намалява с всяко увеличение степен в температурата на околната среда?