Làm thế nào để tôi tính toán điện trở nhiệt của chứng khoán nhôm phẳng

Nó là phổ biến cho rất nhiều mạch điện để bắt vít vào một miếng nhôm phẳng. Làm thế nào lớn cổ phiếu cần phải được?

Nói rằng tôi đang gắn một mẹo 122. Điều kiện tồi tệ nhất là nó có mức giảm 24 V ở mức 3 và chu kỳ thuế 50%. Vì vậy, nó đang tiêu tan 36W.

Nhìn vào biểu dữ liệu, ở 35W, nhiệt độ trường hợp tối đa là ~ 80C. Giả sử nhiệt độ môi trường xung quanh 25deg.

Nhiệt độ giảm = 35W * Tr = 55 delta hoặc 1,57C / W cho tấm.

Vì vậy, tôi cần bao nhiêu diện tích bề mặt để đạt được điều đó?

Tôi đã tiếp cận nó một cách chính xác?

Bạn có thể sử dụng máy tính này để chạy một số số cho một tấm phẳng (thiết kế của bạn nên có vây). Coi chừng bạn có số lần thử hạn chế và yêu cầu tham số vận tốc không khí. Cắm nhiệt độ trường hợp mong muốn của bạn từ các đường cong giảm dần, mà tôi sẽ đi sâu hơn về sau.

Bạn có bị mắc kẹt với TIP122 không? Làm thế nào về gói TO-220? Cả TIP122 và TO-220 chỉ được thiết kế cho các ứng dụng năng lượng trung bình. Loại ứng dụng này sẽ được phục vụ tốt hơn bởi một bóng bán dẫn công suất cao và một gói kim loại có thể.

Sự khác biệt giữa bóng bán dẫn công suất cao, công suất trung bình hoặc tín hiệu nhỏ không chỉ trong các gói của chúng - nó còn nằm trong cấu trúc của thiết bị. Bảng xếp hạng tối đa cho biểu dữ liệu [TIP122] cho thấy rằng nó có công suất tiêu tán tối đa Pc là 2W trong không khí 25 ° C, hoặc 65W với Tc = 25 ° C. Chỉ số thứ hai giả định rằng bạn có thể có một bộ tản nhiệt vô hạn, được kết nối với hợp chất tản nhiệt cuối cùng với tab (về mặt kỹ thuật, nhưng tất cả đều là vấn đề) trên TO-220, sao cho tab tản nhiệt ở mức 25 ° C. Ngay cả trong trường hợp đó, đường giao nhau của bóng bán dẫn, là điều bạn quan tâm, sẽ vượt quá 150 ° C. Có điện trở nhiệt giữa đường giao nhau và tab. (Sidenote: Tôi đồng ý với jluciani - Tôi thích silicon 125 ° C hoặc máy làm mát của tôi). (Sidenote 2: Tản nhiệt kim loại trên các BJT thường được kết nối với bộ thu, vì vậy bạn sẽ có nguồn 3A được kết nối với vỏ, ở điện áp lớn hơn bộ phát / mặt đất và sẽ không muốn nó ở đâu đó mà nó có thể ngắn ngoài.)

Hãy xem các đường cong giảm dần (Hình 5 trong biểu dữ liệu TIP122):

Nếu bạn cần tiêu tan 72W, bạn chỉ đơn giản là không thể làm điều đó. Nếu bạn cần 36W, bạn sẽ phải giữ cho bộ tản nhiệt của mình thấp hơn 50 ° C so với môi trường xung quanh (25 ° C. Đây là độ dốc nhiệt độ 50 độ này giúp bạn tiêu hao năng lượng). So sánh đường cong đó với một bóng bán dẫn công suất cao, chẳng hạn như MJ11022 [bảng dữ liệu] :

Tản nhiệt của bạn bây giờ có thể là một nguy cơ bỏng lâu trước khi bóng bán dẫn bị hỏng. 72W tương ứng với gần 100 ° C trên môi trường xung quanh và 36W với nhiệt độ hoạt động tuyệt đối gần 150 ° C. Cẩn thận với chu kỳ nhiệt nếu bạn muốn chạy nó thực sự nóng.

Tôi thực sự khuyên bạn nên sử dụng bóng bán dẫn TO-3 hoặc TO-204 công suất cao thay vì TIP122.

Bạn có thể sẽ cần một tấm rất lớn hoặc một lượng không khí di chuyển hợp lý.

Thời gian của TIP122 là gì? Nếu thời gian đúng giờ lớn hơn 100mS thì bạn đang tiêu tan 72W chứ không phải 36W. Bạn cần nhìn vào các đường cong phản ứng nhiệt thoáng qua để xác định sự giảm dần.

Bạn cần phải cho phép một số điện trở nhiệt cho giao diện giữa trường hợp của bóng bán dẫn và bồn rửa (hoặc tấm).

Giả sử rằng thời gian hoạt động của bạn dưới 1mS, bạn đang tiêu tan 36W. Nhìn vào bảng dữ liệu On-Semi -

Rjc = 1,92 degC / W tối đa Nhiệt độ đường nối tối đa tuyệt đối = 150degC (Tôi sẽ không vượt quá 125degC)

T = (Rjc + Rcs + Rsa) * Pd

125 = (1,92 + 0,5 + Rsa) * 36

Rsa = 1.05degC / W (đồng ý với tính toán của bạn khi bạn trừ Rcs)

Nếu bạn nhìn vào bảng dữ liệu của các nhà cung cấp tản nhiệt, bạn có thể biết được kích thước. Thanh toán http://www.aavidthermalloy.com/

Để tính toán công suất tiêu tán hoặc thay đổi của Rθjc hoặc Rθja trong môi trường động (tức là dòng xung), đó không phải là quá trình đơn giản. Bạn phải xem tại đường cong được gọi là đường cong phản ứng nhiệt điển hình do nhà sản xuất cung cấp. Từ đường cong này, bạn có thể nhận được điện trở nhiệt thoáng qua (bình thường hoặc thực tế Ζθ). Dù sao tôi không thể làm các tính toán chi tiết ngay bây giờ. Một cách thô bạo, trong môi trường 35oC, nếu bạn muốn tiêu tan 35W từ vỏ TO-3 và để giữ nhiệt độ tản nhiệt ở khoảng 55oC bằng cách làm mát tự nhiên, bạn cần một tấm nhôm màu xám, dày 3 mm, cạnh 16cm (nghĩa là 210 gr). Tấm này phải được tự do tỏa ra từ cả hai phía theo chiều dọc, với sự gắn kết chặt chẽ ở giữa tấm. Đừng quên đưa vào tính toán của bạn tổn thất nhiệt gây ra trong hai tiếp xúc kim loại. Trong thực tế 35W, nó gần với công suất tối đa mà bạn có thể tiêu tan bằng cách sử dụng các tấm kim loại và làm mát tự nhiên (ví dụ: tấm kim loại Al 400 cm2, độ dày 5 mm, 0,5Kg, sắp xếp theo chiều dọc một bên, hoặc 50W cả hai bên). Trên sức mạnh này, bạn phải sử dụng tản nhiệt có vây (tự nhiên hoặc bắt buộc), không khó để tính toán và xây dựng

Đây là cách của tôi cho thiết kế nhiệt. Không bao giờ hiểu khái niệm điện trở nhiệt. Nó chứa đầy những giả định !! Dù sao, nếu bạn muốn tiến hành tính toán của mình bằng cách sử dụng điện trở nhiệt, cần phải có các phép đo nhiệt độ trường hợp thực tế như là một hàm của thời gian ở mức đầy hoặc một nửa tải.

Tôi biết đây là một chủ đề cũ, nhưng tôi phát hiện ra nó đang nghiên cứu chủ đề này và muốn sửa / thêm một vài điều. Công thức để tìm điện trở nhiệt cần thiết của tản nhiệt được đưa ra bởi jluciani về cơ bản là chính xác nhưng thiếu một thuật ngữ cho nhiệt độ môi trường (Ta). Phương trình nên là:

Tj = (Rjc + Rcs + Rsa) * Pd + Ta

Trong đó Tj là nhiệt độ mục tiêu tối đa của đường giao nhau. Tôi sẽ sử dụng 125 degC làm nhiệt độ tối đa của đường giao nhau để cho phép giới hạn an toàn trong trường hợp nhiệt độ môi trường vượt quá 25 độ C tiêu chuẩn. Điều này mang lại:

125 = (1,92 + 0,5 + Rsa) * 36 +25

Rsa = (125-25) / 36 - 1,92 - 0,5 = 0,3577 degC / W

Phần tiếp theo để tìm kích thước của tấm nhôm cần thiết để đạt được mức kháng nhiệt thấp này phức tạp hơn nhiều, nhưng blog này https://engineerdog.com/2014/09/09/free-resource-heat-sink-design -Có thể dễ dàng với một phương trình / đưa ra một quy tắc đơn giản hóa phép ước lượng ngón tay cái được đưa ra bởi:

Diện tích = (50 / Rsa) ^ 2 cm2

Thật không may, công thức này áp dụng cho tản nhiệt thụ động với vây và tôi tin rằng tác giả đã tạo ra một lỗi đánh máy và có nghĩa là diện tích = 50 × (1 / Rsa) ^ 2. Các vây tạo nên sự khác biệt lớn. Sau khi xem kết quả của máy tính trực tuyến này https://www.heatsinkcalculator.com/free-resource/flat-plate-heat-sink-calculator.html và các bảng dữ liệu từ một loạt các nhà sản xuất nhiệt thụ động, tôi đã làm một chút phù hợp với đường cong và đưa ra công thức công viên bóng toàn diện hơn này:

Diện tích = (20 * 1 / (1 + lưu lượng) * 1 / (0,25 + h) * 1 / Rsa) ^ 2 cm2

Trong đó dòng chảy là bất kỳ luồng nào từ quạt làm mát trong cfm và h là chiều cao của bất kỳ vây nào.

Đối với tình huống trong OP, không có làm mát cưỡng bức nên chảy = 0 và không có vây, vì vậy h = 0 và công thức đơn giản hóa thành:

Diện tích = (80 / Rsa) ^ 2

Cho rằng chúng tôi yêu cầu điện trở nhiệt <= 0,3577 kích thước của tấm cần thiết để làm mát bóng bán dẫn trong OP là:

Diện tích = (80 / 0,3577) ^ 2

      = (223.6 cm)^2

Điều này có lẽ là quá lớn để thực tế.

Như Kevin Vermeer đã chỉ ra, bóng bán dẫn đặc biệt này trong dịch vụ này không thực sự phù hợp để làm mát thụ động. Tuy nhiên, có thể giảm đáng kể kích thước tản nhiệt bằng cách thêm vây và quạt làm mát khá khiêm tốn như được hiển thị trong biểu đồ ở dưới cùng của liên kết này https://www.designworldonline.com/how-to-select-a -suitable-tản nhiệt / # _

Ở trong một tấm phẳng và thêm một quạt làm mát PC khá tốt với luồng không khí 100cfm, kích thước tấm có thể được giảm xuống:

Diện tích = (80 / (0,3577 * (1 + 100/8))) ^ 2

      =(16.56 cm)^2

Nhôm ép đùn có thể được mua thành dải dài bằng vây và sử dụng một tấm vây như vậy với vây 3cm và không có quạt làm mát sẽ yêu cầu kích thước tản nhiệt là:

Diện tích = (20 * 1 / (0,25 + 3) * 1 / 0,3577) ^ 2

      =(17.2 cm)^2

Cuối cùng, kết hợp làm mát cưỡng bức 100cfm và vây 3cm mang lại:

Diện tích = (17,2 / (1 + 100/8)) ^ 2

     =(1.27 cm)^2

Ghi chú:

Áp suất giảm và sự gần gũi của các thành phần nóng khác trong tủ có thể làm giảm hiệu quả.

Bụi xâm nhập có thể cách nhiệt tản nhiệt và khiến quạt làm mát chậm lại và hỏng theo thời gian.

Tản nhiệt lớn hơn nhiều so với diện tích tiếp xúc của linh kiện, chúng làm mát hiệu quả do khoảng cách mà nhiệt phải di chuyển để lan đến các điểm cực của tản nhiệt

Thực hiện theo các hướng dẫn thông thường về việc đảm bảo tiếp xúc tốt với thành phần được làm mát bằng cách sử dụng một lớp mỏng của hợp chất truyền nhiệt phù hợp giữa các bề mặt tiếp xúc.

Kết quả từ công thức này cho các tản nhiệt cực nhỏ hoặc lớn nên được xử lý với sự nghi ngờ. Ví dụ, trong kết quả cuối cùng, bán kính quạt làm mát lớn hơn nhiều so với tản nhiệt và do đó, hầu hết các luồng không khí sẽ không chảy gần với vây và do đó kết quả là đáng ngờ. Mặt khác, nó là một xấp xỉ khá tốt.

Có thể tốt nhất để thêm 25 độ vào bất cứ điều gì bạn nghĩ là nhiệt độ không khí xung quanh và khấu trừ biên độ an toàn 25 độ so với nhiệt độ mục tiêu tối đa của thành phần khi thực hiện các phép tính, chỉ để ở bên an toàn.

Không sử dụng công thức này để thiết kế làm mát cho nhà máy điện hạt nhân.

Có một bài viết blog tuyệt vời được đặt tại http://www.heatsinkcalculator.com/blog/how-to-design-a-flat-plate-heat-sink/ cung cấp giải thích chi tiết về các tính toán cần thiết để định cỡ một tấm phẳng được sử dụng như một tản nhiệt. Họ cũng cung cấp bảng tính với các tính toán, tuy nhiên bạn sẽ phải cung cấp địa chỉ email của mình để nhận liên kết tải xuống.