Kako izračunati radijator za hlađenje. Jednostavan izračun površine hladnjaka za tranzistore i tiristore velike snage

Dizajn i princip rada radijatora za LED. Pravila za odabir materijala i površine dijela. Izrada radijatora vlastitim rukama je jednostavna i brza.

Uvriježeno mišljenje da se LED diode ne zagrijavaju pogrešno je. Nastala je jer LED diode male snage nisu vruće na dodir. Stvar je u tome što su opremljeni odvodnicima topline - radijatorima.

Princip rada hladnjaka

Glavni potrošač topline koju stvara LED je okolni zrak. Njegove hladne čestice približavaju se zagrijanoj površini izmjenjivača topline (radijatora), zagrijavaju se i žure prema gore, stvarajući prostor za nove hladne mase.

Prilikom sudara s drugim molekulama dolazi do raspodjele (raspršivanja) topline. Kako veća površina površine radijatora, to intenzivnije prenosi toplinu s LED-a na zrak.

Pročitajte više o principima rada LED dioda.

Količina topline koju apsorbira zračna masa po jedinici površine ne ovisi o materijalu radijatora: učinkovitost prirodnog " toplinska pumpa» ograničena je svojim fizičkim svojstvima.

Materijali za proizvodnju

Radijatori za hlađenje LED dioda razlikuju se po dizajnu i materijalu.

Okolni zrak ne može primiti više od 5-10 W s jedne površine. Prilikom odabira materijala za izradu radijatora treba uzeti u obzir sljedeći uvjet: njegova toplinska vodljivost mora biti najmanje 5-10 W. Materijali s nižim parametrom neće moći prenijeti svu toplinu koju zrak može apsorbirati.

Toplinska vodljivost iznad 10 W bit će tehnički pretjerana, što će dovesti do neopravdanih financijskih troškova bez povećanja učinkovitosti radijatora.

Radijatori se tradicionalno izrađuju od aluminija, bakra ili keramike. Nedavno su se pojavili proizvodi od plastike koja odvodi toplinu.

Aluminij

Glavni nedostatak aluminijski radijator je višeslojna struktura. To neizbježno dovodi do pojave prolaznih toplinskih otpora, koji se moraju prevladati upotrebom dodatnih materijala koji provode toplinu:

• ljepila;
• izolacijske ploče;
• materijali za popunjavanje zračnih otvora itd.

Aluminijski radijatori su najčešći: dobro su prešani i dobro se nose s uklanjanjem topline.

Aluminijski hladnjaci za LED diode od 1 W

Bakar

Bakar ima veću toplinsku vodljivost od aluminija, pa je u nekim slučajevima njegova upotreba za proizvodnju radijatora opravdana. Općenito ovaj materijal inferiorni u odnosu na aluminij u pogledu lakoće konstrukcije i mogućnosti izrade (bakar je manje kovan metal).

Nemoguće je proizvesti bakreni radijator metodom prešanja, koja je najekonomičnija metoda. A obrada rezanjem proizvodi veliki postotak otpada skupog materijala.

Bakreni radijatori

Keramika

Jedan od naj dobre opcije Hladnjak je keramička podloga na koju su prethodno naneseni strujni vodovi. LED diode su zalemljene izravno na njih. Ovaj dizajn omogućuje vam uklanjanje dvostruko više topline u usporedbi s metalnim radijatorima.

Žarulja s keramičkim radijatorom

Plastika koja odvodi toplinu

Sve se češće pojavljuju informacije o mogućnostima zamjene metala i keramike plastikom koja odvodi toplinu. Interes za ovaj materijal je razumljiv: plastika košta mnogo manje od aluminija, a njegova obradivost je mnogo veća. Međutim, toplinska vodljivost obične plastike ne prelazi 0,1-0,2 W/m.K. Prihvatljivu toplinsku vodljivost plastike moguće je postići korištenjem raznih punila.

Prilikom zamjene aluminijskog radijatora s plastičnim (jednake veličine), temperatura u zoni dovoda temperature povećava se za samo 4-5%. Uzimajući u obzir da je toplinska vodljivost plastike koja odvodi toplinu puno manja od aluminija (8 W/m.K u odnosu na 220-180 W/m.K), možemo zaključiti: plastični materijal je prilično konkurentan.

Žarulja s termoplastičnim hladnjakom

Značajke dizajna

Strukturni radijatori podijeljeni su u dvije skupine:

• u obliku igle;
• rebrasti.

Prvi tip se uglavnom koristi za prirodno hlađenje LED dioda, drugi - za prisilno hlađenje. S jednakim ukupne dimenzije Pasivni igličasti radijator je 70 posto učinkovitiji od rebrastog.

Igličasti radijatori za LED diode velike snage i SMD

Ali to ne znači da su pločasti (rebrasti) radijatori prikladni samo za rad u tandemu s ventilatorom. Ovisno o svojim geometrijskim dimenzijama, mogu se koristiti i za pasivno hlađenje.

LED svjetiljka s rebrastim radijatorom

Obratite pozornost na udaljenost između ploča (ili igala): ako je 4 mm, proizvod je dizajniran za prirodno odvođenje topline; ako je razmak između elemenata radijatora samo 2 mm, mora biti opremljen ventilatorom.

Oba tipa radijatora poprečni presjek mogu biti kvadratni, pravokutni ili okrugli.

Izračun površine radijatora

Metode za točan izračun parametara radijatora uključuju uzimanje u obzir mnogih čimbenika:

• parametri okolnog zraka;
• područje disperzije;
• konfiguracija radijatora;
• svojstva materijala od kojeg je izrađen izmjenjivač topline.

Ali sve te suptilnosti potrebne su dizajneru koji razvija hladnjak. Radioamateri najčešće koriste stare radijatore skinute s radio opreme kojoj je istekao rok trajanja. Sve što trebaju znati je kolika je maksimalna disipacija snage izmjenjivača topline.

F = a x Sh (T1 – T2), gdje je

• F – protok topline (W);
• S je površina radijatora (zbroj površina svih peraja ili igala i podloge u m2). Pri izračunavanju površine treba imati na umu da peraja ili ploča imaju dvije površine za odvođenje topline. Odnosno, površina hladnjaka pravokutnika s površinom od 1 cm2 bit će 2 cm2. Površina igle izračunava se kao opseg (π x D) pomnožen s njezinom visinom;
• T1 – temperatura medija za uklanjanje topline (granica), K;
• T2 – temperatura grijane površine, K;
• a je koeficijent prolaza topline. Za nepolirane površine pretpostavlja se da je 6-8 W/(m2K).

Postoji još jedna pojednostavljena formula, dobivena eksperimentalno, pomoću koje možete izračunati potrebnu površinu radijatora:

S = x W, gdje je

• S – površina izmjenjivača topline;
• W – isporučena snaga (W);
• M – neiskorištena LED snaga.

Za rebraste radijatore od aluminija možete koristiti približne podatke tajvanskih stručnjaka:

• 1 W – od 10 do 15 cm2;
• 3 W – od 30 do 50 cm2;
• 10 W – oko 1000 cm2;
• 60 W – od 7000 do 73000 cm2.

Međutim, treba napomenuti da su gornji podaci netočni, budući da su navedeni u rasponima s prilično velikim rasponom. Osim toga, ove su vrijednosti određene za klimu Tajvana. Mogu se koristiti samo za preliminarne izračune.

Najpouzdaniji odgovor o optimalnom načinu izračuna površine radijatora možete dobiti u sljedećem videu:

Uradi sam

Radio amateri se rijetko upuštaju u proizvodnju radijatora, budući da je ovaj element kritična stavka koja izravno utječe na trajnost LED diode. Ali u životu postoje različite situacije kada morate napraviti hladnjak od improviziranih sredstava.

opcija 1

Najviše jednostavan dizajn domaći radijator - krug izrezan iz aluminijskog lima s rezovima na njemu. Rezultirajući sektori su lagano savijeni (rezultat je nešto slično impeleru ventilatora).

Duž osi radijatora, 4 antene su savijene za pričvršćivanje strukture na tijelo svjetiljke. LED se može pričvrstiti toplinskom pastom sa samoreznim vijcima.

Opcija 1 - domaći aluminijski radijator

opcija 2

Radijator za LED možete sami napraviti od komada pravokutne cijevi i aluminijskog profila.

Potrebni materijali:

• cijev 30x15x1,5;
• press podloška promjera 16 mm;
• vruće ljepilo;
• toplinska pasta KTP 8;
• profil 265 (W-oblika);
• samorezni vijci

Za poboljšanje konvekcije, u cijevi su izbušene tri rupe promjera 8 mm, au profilu su izbušene rupe promjera 3,8 mm za pričvršćivanje samoreznim vijcima.

LED diode su zalijepljene na cijev - bazu radijatora - pomoću termotaljivog ljepila.

Na spojeve dijelova radijatora nanosi se sloj toplinske paste KTP 8. Zatim se konstrukcija montira samoreznim vijcima s prešanom pločom.

Metode pričvršćivanja LED dioda na radijator

LED se na radijatore pričvršćuju na dva načina:

• mehanički;
• lijepljenje.

LED možete zalijepiti vrućim ljepilom. Da biste to učinili na metalna površina nanese se kap ljepila, zatim se na to postavi LED.

Da bi se dobila jaka veza, LED se mora pritisnuti malom težinom nekoliko sati dok se ljepilo potpuno ne osuši.

Međutim, većina radio amatera preferira mehaničku montažu LED dioda. Sada se proizvode posebne ploče koje se mogu koristiti za brzu i pouzdanu montažu LED-a.

Neki modeli imaju kopče za sekundarnu optiku. Montaža je jednostavna: na radijator je ugrađena LED dioda, a na njega je ugrađena utičnica koja je pričvršćena na bazu samoreznim vijcima.

Ali ne samo radijatori za LED diode mogu se napraviti samostalno. Za one koji vole raditi s biljkama, preporučujemo da se upoznaju s LED rasvjetom.

Visokokvalitetno hlađenje LED-a je ključ dugovječnosti LED-a. Stoga se izboru radijatora treba pristupiti s najvećom ozbiljnošću. Najbolje je koristiti gotove izmjenjivače topline: prodaju se u radio trgovinama. Radijatori nisu jeftini, ali se lako postavljaju, a LED pouzdanije štiti od viška topline.

= ([Temperatura na žarištu, grC] - [Temperatura na hladnoj točki, grC]) / [Rasipanje snage, W]

To znači da ako postoji protok od vruće točke do hladne točke toplinska snaga X W, a toplinski otpor je Y grC / W, tada je temperaturna razlika X * Y grC.

Formula za izračunavanje hlađenja elementa snage

Za slučaj izračuna odvođenja topline elektroničkog energetskog elementa, isti se može formulirati na sljedeći način:

[Temperatura kristala elementa snage, grC] = [Temperatura okoline, grC] + [Rasipanje snage, W] *

Gdje [ Ukupni toplinski otpor, grC / W] = + [Toplinski otpor između kućišta i radijatora, grC / W] + (za slučaj s radijatorom),

ili [ Ukupni toplinski otpor, grC / W] = [Toplinski otpor između kristala i kućišta, grC / W] + [Toplinski otpor između kućišta i okoline, grC / W] (za slučaj bez radijatora).

Kao rezultat izračuna, moramo dobiti temperaturu kristala tako da bude manja od najveće dopuštene navedene u referentnoj knjizi.

Gdje mogu dobiti podatke za izračun?

Toplinski otpor između matrice i kućišta za elemente snage obično se daje u priručniku. I označava se ovako:

Neka vas ne zbuni činjenica da priručnik sadrži mjerne jedinice K/W ili K/W. To znači da je ova vrijednost dana u Kelvinima po Wattu, u grZ po W bit će potpuno ista, odnosno X K/W = X grZ/W.

Tipično, referentne knjige daju najveću moguću vrijednost ove vrijednosti, uzimajući u obzir tehnološke varijacije. To je ono što nam treba, jer moramo izvršiti izračune za najgori slučaj. Na primjer, najveći mogući toplinski otpor između kristala i kućišta napajanja tranzistor s efektom polja SPW11N80C3 jednak je 0,8 gC/W,

Toplinski otpor između kućišta i hladnjaka ovisi o vrsti stanovanja. Tipične maksimalne vrijednosti dane su u tablici:

Izolacijska brtva. Prema našem iskustvu, pravilno odabrana i postavljena izolacijska brtva udvostručuje toplinski otpor.

Toplinski otpor između kućišta/hladnjaka i okoline. Ovaj toplinski otpor prilično je lako izračunati s točnošću prihvatljivom za većinu uređaja.

[Toplinska otpornost, grC / W] = [120, (grC * sq. cm) / W] / [Površina radijatora ili metalnog dijela tijela elementa, sq. cm].

Ovaj proračun je prikladan za uvjete u kojima se elementi i radijatori postavljaju bez izrade posebni uvjeti za prirodno (konvekcija) ili umjetno strujanje zraka. Sam koeficijent odabran je iz našeg praktičnog iskustva.

Specifikacija većine radijatora sadrži toplinski otpor između radijatora i okoline. Dakle, u izračunu je potrebno koristiti ovu vrijednost. Ovu vrijednost treba izračunati samo ako se ne mogu pronaći tablični podaci o radijatoru. Često koristimo rabljene radijatore za sastavljanje razvojnih uzoraka, pa nam ova formula puno pomaže.

Za slučaj kada se toplina odvodi kroz kontakte isprintana matična ploča, kontaktna površina se također može koristiti u izračunu.

Za slučaj kada se toplina odvodi kroz terminale elektroničkog elementa (obično diode i zener diode u odnosu na mala snaga), površina izvoda izračunava se na temelju promjera i duljine vodiča.

[Površina terminala, sq. cm.] = Pi * ([ Duljina desnog izvoda, cm.] * [Promjer desnog terminala, cm.] + [Duljina lijevog izvoda, cm.] * [Promjer lijevog terminala, cm.])

Primjer izračunavanja uklanjanja topline iz zener diode bez radijatora

Neka zener dioda ima dva izvoda promjera 1 mm i duljine 1 cm. Neka rasipa 0,5 W. Zatim:

Površina terminala bit će oko 0,6 četvornih metara. cm.

Toplinski otpor između kućišta (stezaljki) i okoline bit će 120 / 0,6 = 200.

Toplinski otpor između kristala i kućišta (stezaljki) se u ovom slučaju može zanemariti, jer je mnogo manji od 200.

Pretpostavimo da će maksimalna temperatura na kojoj će uređaj raditi biti 40 grC. Tada je temperatura kristala = 40 + 200 * 0,5 = 140 grC, što je prihvatljivo za većinu zener dioda.

Online proračun hladnjaka - radijatora

Imajte na umu da za pločaste radijatore morate izračunati površinu obje strane ploče. Za PCB tragove koji se koriste za odvođenje topline potrebno je uzeti samo jednu stranu, jer druga nije u kontaktu s okolinom. Za igličaste radijatore potrebno je približno procijeniti površinu jedne igle i pomnožiti ovu površinu s brojem igala.

Online izračun odvođenja topline bez radijatora

Nekoliko elemenata na jednom radijatoru.

Ako je nekoliko elemenata ugrađeno na jedan hladnjak, tada izračun izgleda ovako. Prvo izračunavamo temperaturu radijatora pomoću formule:

[Temperatura radijatora, grC] = [Temperatura okoliš, grts] + [Toplinski otpor između radijatora i okoline, grC / W] * [Ukupna snaga, W]

[Temperatura kristala, grC] = [Temperatura radijatora, grC] + ([Toplinski otpor između kristala i tijela elementa, grC / W] + [Toplinski otpor između tijela elementa i radijatora, grC / W]) * [Snaga koju rasipa element, W]

U fizici, elektrotehnici i atomskoj termodinamici postoji dobro poznati zakon - struja koja teče kroz žice ih zagrijava. Joule i Lenz su to smislili i pokazalo se da su bili u pravu - tako je kako je. Sve što radi na struju, na ovaj ili onaj način, dio prolazne energije pretvara u toplinu.

U elektronici se jednostavno događa da je objekt u našem okruženju koji najviše trpi toplinu zrak. Grijaći dijelovi su ti koji prenose toplinu na zrak, a zrak je potreban da preuzme toplinu i pošalje je nekamo. Izgubiti, na primjer, ili se raspršiti po sebi. Proces prijenosa topline nazvat ćemo hlađenjem.

Naše elektronički dizajni Također odvode dosta topline, neki više, drugi manje. Griju se stabilizatori napona, griju se pojačala, grije se tranzistor koji upravlja sklopkom ili čak i mala LED dioda, samo što se malo grije. U redu je ako se malo zagrije. Pa, što ako je toliko prženo da ne možete držati ruku? Sažalimo se nad njim i pokušajmo mu nekako pomoći. Tako reći, da mu olakša muke.

Prisjetimo se uređaja baterije za grijanje. Da, da, ona ista obična baterija koja zimi grije sobu i na kojoj sušimo čarape i majice. Što je veća baterija, to će biti više topline u sobi, zar ne? Baterija curi Vruća voda, zagrijava bateriju. Baterija ima važna stvar- broj odjeljaka. Sekcije su u kontaktu sa zrakom i prenose mu toplinu. Dakle, što je više odjeljaka, odnosno što je veća zauzeta površina baterije, to nam više topline može dati. Zavarivanjem još nekoliko dijelova, možemo učiniti našu sobu toplijom. Istina, topla voda u radijatoru može se ohladiti, a susjedima neće ostati ništa.

Razmotrimo uređaj tranzistora.

Na bakrenoj bazi (prirubnica) 1 na podlozi 2 fiksni kristal 3 . Spaja se na igle 4 . Cijela struktura je ispunjena plastičnom masom 5 . Prirubnica ima rupu 6 za montažu na radijator.

Ovo je u biti ista baterija, pogledajte! Kristal se zagrijava, to je kao topla voda. Bakrena prirubnica je u kontaktu sa zrakom, to su dijelovi baterije. Kontaktno područje između prirubnice i zraka je mjesto gdje se zrak zagrijava. Zagrijani zrak hladi kristal.

Kako napraviti kristalni hladnjak? Ne možemo promijeniti dizajn tranzistora, to je jasno. O tome su razmišljali i tvorci tranzistora koji su za nas mučenike ostavili jedini put do kristala - prirubnicu. Rubnica je poput jednog dijela baterije - prži se, ali se toplina ne prenosi u zrak - kontaktna površina je mala. Ovdje imamo prostora za naše djelovanje! Možemo proširiti prirubnicu, zalemiti na nju još par sekcija, odnosno veliku bakrenu ploču, jer je prirubnica sama po sebi bakrena, ili možemo pričvrstiti prirubnicu na metalnu ploču koja se zove radijator. Srećom, rupa u prirubnici je pripremljena za vijak i maticu.

Što je radijator? Ponavljao sam treći odlomak o njemu, ali zapravo nisam ništa rekao! U redu, da vidimo:

Kao što vidite, dizajn radijatora može biti različit, to uključuje ploče i rebra, a tu su i igličasti radijatori i razni drugi; samo otiđite u trgovinu radio dijelovima i prođite kroz policu s radijatorima. Radijatori su najčešće izrađeni od aluminija i njegovih legura (silumin i drugi). Bakreni radijatori su bolji, ali skuplji. Čelični i željezni radijatori koriste se samo pri vrlo maloj snazi, 1-5W, jer sporo odvode toplinu.

Toplina stvorena u kristalu određena je vrlo jednostavnom formulomP=U*I, gdje je P snaga oslobođena u kristalu, W, U = napon na kristalu, V, I je struja kroz kristal, A. Ova toplina prolazi kroz podlogu do prirubnice, gdje se prenosi na radijator. Zatim zagrijani radijator dolazi u kontakt sa zrakom i toplina se predaje njemu, kao sljedećem sudioniku našeg rashladnog sustava.

Pogledajmo kompletan krug hlađenja tranzistora.

Imamo dvije stvari - ovo je radijator 8 i brtvilo između hladnjaka i tranzistora 7 . Možda ga i nema, što je i loše i dobro u isto vrijeme. Hajdemo shvatiti.

Reći ću vam o dva važni parametri- to su toplinski otpori između kristala (ili spoja, kako se još naziva) i tijela tranzistora - Rpk i između tijela tranzistora i radijatora - Rcr. Prvi parametar pokazuje koliko se dobro prenosi toplina od kristala do prirubnice tranzistora. Na primjer, Rpc jednak 1,5 stupnjeva Celzijusa po vatu objašnjava da će s povećanjem snage za 1 W temperaturna razlika između prirubnice i radijatora biti 1,5 stupnjeva. Drugim riječima, prirubnica će uvijek biti hladnija od kristala, a koliko pokazuje ovaj parametar. Što je manji, to bolja toplina prenijeti na prirubnicu. Ako raspršimo 10 W snage, tada će prirubnica biti hladnija od kristala za 1,5 * 10 = 15 stupnjeva, a ako 100 W - onda za 150! A budući da je maksimalna temperatura kristala ograničena (ne može se pržiti do bijele vrućine!), prirubnica se mora ohladiti. Na istih 150 stupnjeva.

npr.:
Tranzistor rasipa 25W snage. Njegov Rpc jednak je 1,3 stupnja po vatu. Maksimalna temperatura kristala je 140 stupnjeva. To znači da će postojati razlika od 1,3*25=32,5 stupnjeva između prirubnice i kristala. A budući da se kristal ne može zagrijati iznad 140 stupnjeva, od nas se traži da temperaturu prirubnice održavamo ne višom od 140-32,5 = 107,5 stupnjeva. Kao ovo.
I parametar Rcr pokazuje istu stvar, samo se gubici javljaju na toj istoj ozloglašenoj brtvi 7. Njegova vrijednost Rcr može biti puno veća od Rpk, stoga, ako dizajniramo moćnu jedinicu, nije preporučljivo postavljati tranzistore na brtve . No ipak je ponekad potrebno. Jedini razlog za korištenje brtve je ako trebate izolirati hladnjak od tranzistora, jer je prirubnica električno spojena na srednji terminal tijela tranzistora.

Pogledajmo još jedan primjer.
Tranzistor se zagrijava na 100W. Kao i obično, temperatura kristala nije veća od 150 stupnjeva. Njegov Rpc je 1 stupanj po vatu, a nalazi se i na brtvi čiji je Rcr 2 stupnja po vatu. Temperaturna razlika između kristala i radijatora bit će 100*(1+2)=300 stupnjeva. Radijator ne smije biti topliji od 150-300 = minus 150 stupnjeva: Da, dragi moji, to je upravo slučaj da samo tekući dušik može spasiti: užas!

Mnogo je lakše živjeti na radijatoru za tranzistore i mikro krugove bez brtvila. Ako ih nema, a prirubnice su čiste i glatke, a radijator blista sjajem, pa čak i nanosi se pasta koja provodi toplinu, tada je parametar Rcr toliko mali da se jednostavno ne uzima u obzir.

Postoje dvije vrste hlađenja - konvekcijsko i prisilno. Konvekcija je, ako se sjetimo školske fizike, neovisna raspodjela topline. Isto vrijedi i za konvekcijsko hlađenje - ugradili smo radijator, a on će se već nekako nositi sa zrakom tamo. Konvekcijski radijatori se najčešće postavljaju izvan uređaja, kao u pojačala, jeste li vidjeli? Sa strane su dvije metalne ploče. Tranzistori su na njih pričvršćeni iznutra. Takvi se radijatori ne mogu pokriti, blokirajući pristup zraku, inače radijator neće imati kamo staviti toplinu, pregrijat će se i odbiti prihvatiti toplinu iz tranzistora, koji neće dugo razmišljati, također će se pregrijati i : znaš što će se dogoditi. Prisilno hlađenje je kada tjeramo zrak da aktivnije puše po radijatoru, probijajući se duž njegovih rebara, iglica i rupa. Ovdje koristimo ventilatore, razne kanale hlađenje zrakom i druge načine. Da, usput, umjesto zraka lako može biti voda, ulje, pa čak i tekući dušik. Snažne radio cijevi generatora često se hlade tekućom vodom.

Kako prepoznati radijator - radi li se o konvekcijskom ili prisilnom hlađenju? O tome ovisi njegova učinkovitost, odnosno koliko brzo može ohladiti vrući kristal, koji tok toplinske snage može proći kroz sebe.

Pogledajmo fotografije.

Prvi radijator je za konvekcijsko hlađenje. Veliki razmak između peraja osigurava slobodan protok zraka i dobar prijenos topline. Ventilator se nalazi na vrhu drugog radijatora i puše zrak kroz rebra. Ovo je prisilno hlađenje. Naravno, oba radijatora možete koristiti posvuda, ali cijelo je pitanje njihova učinkovitost.
Radijatori imaju 2 parametra - svoju površinu (u kvadratnim centimetrima) i koeficijent toplinskog otpora radijatora prema mediju Rrs (u vatima po stupnju Celzijusa). Površina se izračunava kao zbroj površina svih njegovih elemenata: površina baze s obje strane + površina ploča s obje strane. Područje krajeva baze se ne uzima u obzir, tako da će tamo biti vrlo malo kvadratnih centimetara.

Primjer:
radijator iz gornjeg primjera je za konvekcijsko hlađenje.
Dimenzije baze: 70x80mm
Veličina peraje: 30x80 mm
Broj rebara: 8
Osnovna površina: 2x7x8=112 sq.cm
Površina rebra: 2x3x8=48 sq.cm.
Ukupna površina: 112+8x48=496 sq.cm.

Koeficijent toplinskog otpora radijatora Rrs pokazuje koliko će se povećati temperatura zraka koji izlazi iz radijatora kada se snaga poveća za 1 W. Na primjer, Rpc jednak 0,5 stupnjeva Celzijusa po Wattu govori nam da će se temperatura povećati za pola stupnja kada se zagrije za 1 Watt. Ovaj se parametar smatra trokatnom formulom i naš mačji um jednostavno ne može podnijeti to: Rrs, kao i svaki toplinski otpor u našem sustavu, što niži to bolje. I može se smanjiti na različite načine - za to se radijatori kemijski zatamne (na primjer, aluminij dobro potamni u željeznom kloridu - ne eksperimentirajte kod kuće, klor se oslobađa!), Tu je i učinak orijentacije radijatora u zrak za bolji prolaz duž ploča (vertikalni radijator se bolje hladi od ležećeg). Ne preporučuje se bojanje radijatora bojom: boja je nepotreban toplinski otpor. Makar malo, da bude tamno, ali ne u debelom sloju!

Aplikacija ima mali program u kojem možete izračunati približnu površinu radijatora za mikrokrug ili tranzistor. Koristeći ga, izračunajmo radijator za neko napajanje.

Dijagram napajanja.

Napajanje daje 12V pri struji od 1A. Kroz tranzistor teče ista struja. Ulaz tranzistora je 18 volti, izlaz je 12 volti, što znači da su padovi napona na njemu 18-12 = 6 volti. Snaga koja se rasipa iz kristala tranzistora je 6V*1A=6W. Maksimalna temperatura kristala 2SC2335 je 150 stupnjeva. Nemojmo raditi u ekstremnim uvjetima, odaberimo nižu temperaturu, na primjer 120 stupnjeva. Toplinski otpor spojnog kućišta Rpc ovog tranzistora je 1,5 stupnjeva Celzijusa po vatu.

Budući da je prirubnica tranzistora spojena na kolektor, osigurajmo električnu izolaciju hladnjaka. Da bismo to učinili, između tranzistora i radijatora postavljamo izolacijsku brtvu od gume koja provodi toplinu. Toplinska otpornost brtve je 2 stupnja Celzijusa po vatu.

Za dobar toplinski kontakt kapnite malo silikonskog ulja PMS-200. Ovo je gusto ulje s maksimalnom temperaturom od +180 stupnjeva, ispunit će zračne raspore koji će sigurno nastati zbog neravnina prirubnice i radijatora i poboljšati prijenos topline. Mnogi ljudi koriste pastu KPT-8, ali mnogi smatraju da nije najbolji vodič topline.
Radijator ćemo dovesti do stražnji zid napajanje, gdje će se hladiti sobni zrak+25 stupnjeva.

Zamijenimo sve ove vrijednosti u programu i izračunajmo površinu radijatora. Dobivena površina od 113 kvadratnih cm je površina radijatora za koju je dizajnirana dug rad napajanje u modu puna moć- duže od 10 sati. Ako ne trebamo toliko dugo voziti napajanje, možemo se snaći s manjim, ali masivnijim radijatorom. A ako ugradimo radijator unutar napajanja, onda nema potrebe za izolacijsku brtvu, bez nje se radijator može smanjiti na 100 cm2.

Općenito, dragi moji, zaliha nije dovoljna za vaš džep, slažete li se svi? Razmislimo o margini tako da bude i u području radijatora i u temperaturnim granicama tranzistora. Uostalom, neće nitko drugi morati popravljati uređaje i mijenjati prekuhane tranzistore, nego vi sami! Zapamtite ovo!

Sve elektroničke komponente generiraju toplinu, tako da je mogućnost izračunavanja radijatora kako ne bi došlo do prekoračenja za nekoliko redova veličine vrlo korisna za svakog elektroničara.

Toplinski proračuni vrlo jednostavni i imaju mnogo toga zajedničkog s izračunima elektronički sklopovi. Evo pogleda na uobičajeni problem toplinskog dizajna na koji sam upravo naišao

Zadatak

Morate odabrati radijator za linearni stabilizator od 5 volti, koji se napaja s najviše 12 volti i proizvodi 0,5 A. Maksimalna oslobođena snaga je (12-5)*0,5 = 3,5 W

Zaronite u teoriju

Kako se ne bi razmnožavali entiteti, ljudi su zagrebali bundevu i shvatili da je toplina vrlo slična električna struja, a za toplinske proračune možete koristiti samo uobičajeni Ohmov zakon

Napon (U) zamijenjen je temperaturom (T)

Struja (I) zamijenjena je snagom (P)

Otpor se zamjenjuje toplinskim otporom. Normalni otpor ima dimenziju Volt/Amper, a toplinski otpor ima dimenziju °C/Watt

Kao rezultat toga, Ohmov zakon zamijenjen je njegovim toplinskim analogom:

Mala napomena - kako biste označili da se misli na toplinski (a ne na električni) otpor, slovu R dodajte slovo theta: Nemam takvo slovo na tipkovnici, a previše sam lijen da kopiram iz tablice simbola, pa ću koristiti samo slovo R.

Nastavimo

Toplina se stvara u kristalu stabilizatora, a naš cilj je spriječiti njegovo pregrijavanje (da spriječimo pregrijavanje kristala, a ne kućišta, to je važno!).

Do koje temperature se kristal može zagrijati je napisano u podatkovnoj tablici:

Obično se granična temperatura kristala naziva Tj (j = spoj = spoj - temperaturno osjetljiva unutrašnjost mikrosklopova uglavnom se sastoji od pn spojeva. Možemo pretpostaviti da je temperatura spojeva jednaka temperaturi kristala)

Bez radijatora

Toplinski dijagram izgleda vrlo jednostavno:

Posebno za slučajeve korištenja kućišta bez radijatora, toplinski otpor kristal-atmosfera (Rj-a) je napisan u podatkovnim tablicama (već znate što je j, a = ambijent = okoliš)

Imajte na umu da temperatura "tla" nije nula, već je jednaka temperaturi okolnog zraka (Ta). Temperatura zraka ovisi o uvjetima u kojima se radijator nalazi na otvorenom, onda možete staviti Ta = 40 °C, ali ako je u zatvorenoj kutiji, onda temperatura može biti puno viša!

Zapisujemo Ohmov toplinski zakon: Tj = P*Rj-a + Ta. Zamijenimo P = 3,5, Rj-a = 65, dobivamo Tj = 227,5 + 40 = 267,5 °C. Ipak malo puno!

Zakačimo radijator

Toplinski krug našeg primjera sa stabilizatorom na radijatoru postaje ovako:

• Rj-c– otpor od kristala do hladnjaka kućišta (c = kućište = kućište). Dano u podatkovnoj tablici. U našem slučaju – 5 °C/W – iz podatkovne tablice

Rc-r– otpor tijelo-radijator. Nije to tako jednostavno. Taj otpor ovisi o tome što se nalazi između kućišta i hladnjaka. Na primjer, silikonska brtva ima koeficijent toplinske vodljivosti od 1-2 W / (m * ° C), a KPT-8 pasta - 0,75 W / (m * ° C). Toplinski otpor može se dobiti iz koeficijenta toplinske vodljivosti pomoću formule:

R = debljina brtve/(koeficijent toplinske vodljivosti * površina jedne strane brtve)

Često se Rc-r može potpuno zanemariti. Na primjer, u našem slučaju (koristimo kućište TO220, s KPT-8 pastom, prosječna dubina paste uzeta sa stropa je 0,05 mm). Ukupno, Rc-r = 0,5 °C/W. Uz snagu od 3,5 W, temperaturna razlika između kućišta stabilizatora i radijatora je 1,75 stupnjeva. To nije puno. Za naš primjer, uzmimo Rc-r = 2 °C/W

Rr-a– toplinski otpor između radijatora i atmosfere. Određuje ga geometrija radijatora, prisutnost protoka zraka i hrpa drugih čimbenika. Ovaj je parametar puno lakše izmjeriti nego izračunati (vidi na kraju članka). Na primjer - Rr-c = 12,5 °C/W

Ta= 40°C – ovdje smo zaključili da je atmosferska temperatura rijetko viša, možete uzeti 50 stupnjeva da budete sigurni.

Sve ove podatke zamijenimo u Ohmov zakon i dobijemo Tj = 3,5*(5+2+12,5) + 40 = 108,25 °C

To je znatno manje od granice od 150 °C. Takav radijator se može koristiti. U tom slučaju, kućište radijatora će se zagrijati na Tc = 3,5 * 12,5 + 40 = 83,75 °C. Ova temperatura već može omekšati neke vrste plastike, stoga morate biti oprezni.

Mjerenje otpora radijator-atmosfera.

Najvjerojatnije već imate gomilu radijatora koji se mogu koristiti. Toplinski otpor je vrlo lako izmjeriti. To zahtijeva otpor i izvor energije.

Termalnom pastom oblikujemo otpor na radijator:

Spojimo izvor struje i postavimo napon tako da se na otporu oslobodi nešto snage. Bolje je, naravno, grijati radijator snagom koju će raspršiti u konačnom uređaju (iu položaju u kojem će se nalaziti, to je važno!). Obično ostavljam ovu strukturu pola sata da se dobro zagrije.

Nakon što je temperatura izmjerena, može se izračunati toplinski otpor

Rr-a = (T-Ta)/P. Recimo, radijator mi se zagrijao na 81 stupanj, a temperatura zraka je bila 31 stupanj. stoga je Rr-a = 50/4 = 12,5 °C/W.

Procjena površine radijatora

U drevnom priručniku za radioamatere nalazio se grafikon pomoću kojeg možete procijeniti površinu radijatora. Evo ga:

Vrlo je lako raditi s njim. Odaberemo pregrijavanje koje želimo postići i vidimo koje područje odgovara potrebna snaga s takvim pregrijavanjem.

Na primjer, sa snagom od 4W i pregrijavanjem od 20 stupnjeva, trebat će vam radijator od 250cm^2. Ovaj grafikon precjenjuje područje i ne uzima u obzir hrpu faktora kao što su prisilno strujanje zraka, geometrija peraja itd.

Hladnjaci za poluvodičke elemente

Poluvodički uređaji velike snage tijekom rada oslobađaju određenu količinu topline u okolinu. Ako ne vodite računa o njihovom hlađenju, tranzistori i diode mogu propasti zbog pregrijavanja radnog kristala. Osiguravanje normalnih toplinskih uvjeta za tranzistore (i diode) jedan je od važnih zadataka. Za prava odluka Za ovaj zadatak morate razumjeti rad radijatora i njegov tehnički kompetentan dizajn.

Kao što znate, svaki zagrijani predmet, kada se ohladi, oslobađa toplinu u okolinu. Sve dok je količina topline oslobođena u tranzistoru veća od one predane u okolinu, temperatura tijela tranzistora stalno će rasti. Pri određenoj vrijednosti nastaje tzv. toplinska ravnoteža, odnosno izjednačenost u količinama odvedene i oslobođene topline. Ako je temperatura toplinske ravnoteže manja od maksimalno dopuštene za tranzistor, on će raditi pouzdano. Ako je ta temperatura viša od dopuštene maksimalne temperature, tranzistor neće uspjeti. Da bi došlo do toplinske ravnoteže pri nižoj temperaturi, potrebno je povećati prijenos topline tranzistora.

Postoje tri poznate metode prijenosa topline: toplinska vodljivost, zračenje i konvekcija. Toplinska vodljivost zraka obično je niska - ova se vrijednost može zanemariti pri proračunu radijatora. Udio topline raspršene zračenjem značajan je samo pri visokim temperaturama (nekoliko stotina stupnjeva Celzijusa), pa se ta vrijednost može zanemariti i pri relativno niskim radnim temperaturama tranzistora (ne više od 60-80 stupnjeva). Konvekcija je kretanje zraka u zoni zagrijanog tijela, uzrokovano temperaturnom razlikom između zraka i tijela. Količina topline koju predaje zagrijani predmet proporcionalna je razlici temperature između predmeta i zraka, površini i brzini strujanja zraka koji pere tijelo.

Kad sam bio mlad naišao sam originalno rješenje odvođenje topline s moćnih izlaznih tranzistora. Tranzistori (u to vrijeme tranzistori tipa P210 korišteni su za izgradnju pojačala) na dugim žicama nalazili su se izvan kućišta. Na kućište su bile pričvršćene dvije plastične posude s vodom, au njima su bili tranzistori. Na taj način je osigurano „vodeno“ učinkovito hlađenje. Kad se voda u staklenkama zagrijala, jednostavno se zamijenila hladnom... Umjesto vode, možete koristiti mineralno (tekuće) ili transformatorsko ulje... Sada je industrija počela masovno proizvoditi sustave vodenog hlađenja za procesore i video kartice računala - na principu auto hladnjaka (ali ovo je već, po mom mišljenju, egzotično ...).

Kako bi se osiguralo učinkovito odvođenje topline iz kristala poluvodiča, koriste se hladnjaki (radijatori). Upoznajmo se s nekim dizajnom radijatora.