Главная -> Книги

(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) ( 25 ) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (75) (76) (77) (78) (79) (80) (81) (82) (83) (84) (85) (86) (87) (88) (89) (90) (91) (92) (93) (94) (95) (96) (97) (98) (99) (100) (101) (102) (103) (104) (105) (106) (107) (108) (109) (110) (25)

ские потери обратного восстановления паразитных диодов. Мы вернемся к расчету потерь переключения чуть позже, а сейчас разберем основы тепловых расчетов элементов охлаждения.

Таблица 5.1

Двухполупери-одный синусоидальный ток


Однополупери-одный синусоидальный ток

-2.гдеу=-

Регулируемый по фазе ток

у sinT(l-Y)cos7i(l-Y) 2 2п

Импульсный ток

1эфф=и

Трапецеидаль-

1,фф =Y


Треугольный ток

5.4. Что такое тепловое сопротивление

Читатель, хотя бы раз бравшийся за изготовление обычного трансформаторного блока питания с мощным регулирующим транзистором, наверняка знает, что от того, насколько хорошо прижат транзистор к радиатору, будет зависеть температура его нагрева. Транзи-



стор, прижатый к ровной и чистой поверхности радиатора, будет равномерно прогреваться вместе с радиатором и хорошо отдавать тепло. В то время как неровная, покрашенная краской и грязная рабочая поверхность под транзистором не даст переходить теплу к радиатору. Транзистор раскалится, если не до красна, то обязательно до шипения под влажным пальцем.

Мы качественно нарисовали ситуацию, в которой и берут свое основание тепловые расчеты. Основа теплового расчета - тепловое сопротивление. Гладкая и чистая поверхность металла имеет маленькое тепловое сопротивление, а грязная и неровная - высокое. Тепловое сопротивление транзистора зависит от конструкции его корпуса, площади полупроводникового кристалла и, как ни странно, от частоты переключения и скважности импульсов... Но давайте обо всем по порядку.


Рис. 5.13. К расчету теплового режима транзистора

Взглянем на рис. 5.13. Как известно, внутри транзистора кремниевый р-п переход прикреплен к подложке, которая контактирует с радиатором. Тепловое сопротивление между кристаллом и корпусом в технических условиях обозначается как Rj Тепловое сопротивление между корпусом и радиатором обозначим какД„. Для наших расчетов необходимо знать еше одно тепловое сопротивление - R, называемое сопротивлением «радиатор-среда». Поверхность радиатора в подавляющем большинстве случаев контактирует с воздухом, тепло-



проводность которого невысока. Пространство вокруг радиатора прогревается хорошо, но естественная конвекция довольно неспешно удаляет нагретый воздух и заменяет его более холодным. Поэтому для снижения теплового сопротивления «радиатор-среда» часто применяют принудительную вентиляцию (всем знакомый вентилятор в компьютерном блоке питания, который периодически начинает громко шуметь, раздражая окружающих). Там, где принудительная вентиляция нежелательна или просто недопустима, ставят габаритный радиатор, поверхность которого стремятся выполнить как можно больше, для чего радиатор ребрят и покрывают электрохимическим способом в черный цвет.

Температура р-п перехода («температура кристалла») вычисляется из выражения:

Tj = T, + (Rj, + R,,+R,P„,

где Tj - температура р-п перехода. Данная температура является «путеводной звездой» нашего расчета, поскольку мы не имеем права превышать ее из-за возможности теплового пробоя. Типичное максимальное значение температзфы кристалла - 150 °С;

Та - температура окружающей среды, обычно берется в пределах 25-30 °С;

Р„ - полная мощность потерь в транзисторе.

Величины Rj и R обязательно содержатся в справочных данных на транзисторы, мощность потерь Р„ hjokho вычислить для конкретной разрабатываемой схемы.

Таким образом, мы вычисляем требуемое тепловое сопротивление «радиатор-среда» и по специальной методике (о которой будет рассказано в разделе 9.6) разрабатываем конструкцию радиатора.

В заключение этого раздела приведем еще несколько важных замечаний.

Случаи, когда разработчику в целях электробезопасности требуется изолировать корпус радиатора от транзистора, не столь редки. В этих целях разработаны специальные изолированные корпуса для транзисторов, так что возможно приобретать приборы и с токопрово-дящей подложкой, и без нее. Конечно, токоизолированные корпуса обладают худшими показателями теплопроводности, ио с этим при-



(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) ( 25 ) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (75) (76) (77) (78) (79) (80) (81) (82) (83) (84) (85) (86) (87) (88) (89) (90) (91) (92) (93) (94) (95) (96) (97) (98) (99) (100) (101) (102) (103) (104) (105) (106) (107) (108) (109) (110)