Cum se calculează un radiator de răcire. Calcul simplu al suprafeței radiatorului pentru tranzistoare și tiristoare de mare putere

Dispozitivul și principiile de funcționare a unui radiator pentru LED-uri. Reguli de alegere a materialului și a zonei piesei. Facem un calorifer cu propriile noastre mâini rapid și ușor.

Convingerea larg răspândită că LED-urile nu se încălzesc este o concepție greșită. A apărut deoarece LED-urile de putere redusă nu sunt fierbinți la atingere. Chestia este că sunt echipate cu radiatoare - calorifere.

Principiul de funcționare al radiatorului

Principalul consumator de căldură generată de LED este aerul ambiant. Particulele sale reci se apropie de suprafața încălzită a schimbătorului de căldură (radiator), se încălzesc și se repezi în sus, făcând loc pentru noi mase reci.

La ciocnirea cu alte molecule, căldura este distribuită (disipată). Cum suprafata mai mare suprafața radiatorului, cu atât mai intens va transfera căldura de la LED în aer.

Citiți mai multe despre cum funcționează LED-urile.

Cantitatea de căldură absorbită de masa de aer pe unitatea de suprafață nu depinde de materialul radiatorului: eficiența unei „pompe de căldură” naturale este limitată de proprietățile sale fizice.

Materiale pentru confectionare

Radiatoarele pentru răcirea LED-urilor variază ca design și material.

Aerul ambiental poate primi nu mai mult de 5-10 W de la o singură suprafață. Atunci când alegeți un material pentru realizarea unui radiator, trebuie luată în considerare următoarea condiție: conductivitatea sa termică trebuie să fie de cel puțin 5-10 W. Materialele cu un parametru mai mic nu vor putea transfera toată căldura pe care o poate lua aerul.

Conductivitatea termică peste 10 W va fi excesivă din punct de vedere tehnic, ceea ce va atrage costuri financiare nejustificate fără a crește eficiența radiatorului.

Pentru fabricarea radiatoarelor se folosesc in mod traditional aluminiul, cupru sau ceramica. Recent, au apărut produse din materiale plastice care disipează căldura.

Aluminiu

Principalul dezavantaj calorifer din aluminiu este designul cu mai multe straturi. Acest lucru duce inevitabil la apariția rezistențelor termice tranzitorii, care trebuie depășite cu ajutorul unor materiale conductoare de căldură suplimentare:

• adezivi;
• plăci izolatoare;
• materiale pentru umplerea golurilor de aer etc.

Radiatoarele din aluminiu se găsesc cel mai des: sunt bine presate și se descurcă destul de tolerabil cu disiparea căldurii.

Radiatoare din aluminiu de 1w pentru LED-uri

Cupru

Cuprul are o conductivitate termică mai mare decât aluminiul, astfel încât în ​​unele cazuri utilizarea lui pentru fabricarea radiatoarelor este justificată. În general acest material inferior aluminiului în ceea ce privește ușurința designului și fabricabilitatea (cuprul este un metal mai puțin maleabil).

Fabricarea unui radiator de cupru prin presare - cea mai economică - este imposibilă. Și tăierea dă un procent mare de deșeuri de material scump.

Radiatoare de cupru

ceramică

Una dintre cele mai de succes opțiuni pentru un radiator este un substrat ceramic, pe care sunt aplicate în mod preliminar căile de transport de curent. LED-urile sunt lipite direct de ele. Acest design permite eliminarea de două ori mai multă căldură decât radiatoarele metalice.

Bec radiator ceramic

Materiale plastice care disipează căldura

Din ce în ce mai mult, există informații despre perspectivele de înlocuire a metalului și a ceramicii cu plastic termodispersiv. Interesul pentru acest material este de înțeles: plasticul este mult mai ieftin decât aluminiul, iar fabricabilitatea sa este mult mai mare. Cu toate acestea, conductivitatea termică a plasticului obișnuit nu depășește 0,1-0,2 W / m.K. Este posibil să se obțină o conductivitate termică acceptabilă a plasticului prin utilizarea diferitelor materiale de umplutură.

La înlocuirea unui calorifer din aluminiu cu unul din plastic (de dimensiuni egale), temperatura în zona de alimentare cu temperatură crește doar cu 4-5%. Avand in vedere ca conductivitatea termica a plasticului care disipa caldura este mult mai mica decat a aluminiului (8 W/m.K fata de 220-180 W/m.K), putem concluziona ca materialul plastic este destul de competitiv.

Bec termoplastic radiator

Caracteristici de design

Radiatoarele constructive sunt împărțite în două grupe:

• ca acul;
• cu nervuri.

Primul tip este folosit în principal pentru răcirea naturală a LED-urilor, al doilea pentru răcirea forțată. Cu egal dimensiunile per total un radiator cu ac pasiv este cu 70 la sută mai eficient decât unul cu aripioare.

Radiatoare tip ac pentru LED-uri de mare putere și smd

Dar asta nu înseamnă că radiatoarele cu plăci (cu aripioare) sunt potrivite doar pentru a lucra în tandem cu un ventilator. În funcție de dimensiunile lor geometrice, pot fi folosite și pentru răcirea pasivă.

Lampa LED cu radiator cu aripioare

Atenție la distanța dintre plăci (sau ace): dacă este de 4 mm - produsul este proiectat pentru disiparea naturală a căldurii, dacă distanța dintre elementele radiatorului este de numai 2 mm - trebuie echipat cu ventilator.

Ambele tipuri de calorifere in secțiune transversală poate fi pătrată, dreptunghiulară sau rotundă.

Calculul suprafeței radiatorului

Metodele pentru calcularea cu precizie a parametrilor unui radiator implică luarea în considerare a mai multor factori:

• parametrii aerului ambiental;
• zona de dispersie;
• configurația radiatorului;
• proprietățile materialului din care este realizat schimbătorul de căldură.

Dar toate aceste subtilități sunt necesare pentru ca proiectantul să dezvolte radiatorul. Radioamatorii folosesc cel mai adesea radiatoare vechi preluate de la echipamente radio care și-au servit viața. Tot ce trebuie să știe este care este puterea maximă de disipare a schimbătorului de căldură.

Ф = а х Sх (Т1 - Т2), unde

• Ф - flux de căldură (W);
• S este suprafața radiatorului (suma suprafețelor tuturor aripioarelor sau acelor și substratului în mp). Când se calculează suprafața, trebuie avut în vedere că o nervură sau o placă are două suprafețe de disipare a căldurii. Adică, aria radiatorului unui dreptunghi cu o suprafață de 1 cm2 va fi de 2 cm2. Suprafața acului se calculează ca circumferință (π x D) înmulțită cu înălțimea acestuia;
• T1 este temperatura mediului de îndepărtare a căldurii (limită), K;
• T2 este temperatura suprafeței încălzite, K;
• a este coeficientul de transfer termic. Pentru suprafețele nelustruite se ia egal cu 6-8 W / (m2K).

Există o altă formulă simplificată obținută experimental, prin care puteți calcula suprafața necesară a radiatorului:

S = x W, unde

• S este aria schimbătorului de căldură;
• W este puterea furnizată (W);
• M este puterea inactiv a LED-ului.

Pentru radiatoarele cu aripioare din aluminiu, puteți folosi datele aproximative furnizate de specialiștii taiwanezi:

• 1 W - de la 10 la 15 cm2;
• 3 W - de la 30 la 50 cm2;
• 10 W - aproximativ 1000 cm2;
• 60 W - de la 7000 la 73000 cm2.

Cu toate acestea, trebuie avut în vedere faptul că datele de mai sus sunt inexacte, deoarece sunt indicate în intervale cu o decolare destul de mare. În plus, aceste valori au fost determinate pentru clima din Taiwan. Ele pot fi folosite doar pentru calcule preliminare.

Puteți obține cel mai de încredere răspuns despre metoda optimă de calcul a suprafeței radiatorului în următorul videoclip:

Fă-o singur

Radioamatorii se angajează rareori la fabricarea radiatoarelor, deoarece acest element este un lucru responsabil care afectează direct durabilitatea LED-ului. Dar în viață există diferite situații în care trebuie să te chinuiești cu un radiator din instrumentele disponibile.

Opțiunea 1

Cel mai construcție simplă un calorifer de casă - un cerc tăiat dintr-o foaie de aluminiu cu crestături făcute pe ea. Sectoarele rezultate sunt ușor îndoite (se dovedește ceva care arată ca un rotor de ventilator).

4 antene sunt îndoite de-a lungul axelor radiatorului pentru a atașa structura de corpul lămpii. LED-ul poate fi fixat cu șuruburi autofiletante prin unsoare termică.

Opțiunea 1 - calorifer din aluminiu de casă

Opțiunea 2

Un calorifer pentru un LED poate fi realizat manual dintr-o bucată de țeavă dreptunghiulară și un profil de aluminiu.

Materiale necesare:

• teava 30x15x1,5;
• masina de spalat presa cu diametrul de 16 mm;
• adeziv topit la cald;
• pasta termica KTP 8;
• profil 265 (în formă de W);
• șuruburi autofiletante.

Pentru îmbunătățirea convecției, în țeavă sunt găurite trei găuri cu diametrul de 8 mm, iar în profil sunt găurite găuri cu diametrul de 3,8 mm pentru fixarea acestuia cu șuruburi autofiletante.

LED-urile sunt lipite de țeavă - baza radiatorului - cu lipici termofuzibil.

La îmbinările pieselor radiatorului se aplică un strat de pastă termică KTP 8. Apoi se montează structura cu șuruburi autofiletante cu șaibă presată.

Metode de atașare a LED-urilor la un radiator

LED-urile sunt atașate la calorifere în două moduri:

• mecanic;
• prin lipire.

Puteți lipi LED-ul pe adeziv termofuzibil. Pentru asta mai departe suprafata metalica se aplică o picătură de adeziv, apoi se așează un LED pe ea.

Pentru a obține o conexiune puternică, LED-ul trebuie apăsat cu o greutate mică timp de câteva ore - până când adezivul este complet uscat.

Cu toate acestea, majoritatea radioamatorilor preferă fixarea mecanică a LED-urilor. Acum sunt produse panouri speciale, cu care puteți monta rapid și fiabil LED-ul.

Unele modele au cleme pentru optica secundară. Instalarea este simplă: un LED este instalat pe calorifer, pe acesta există o priză, care este atașată la bază cu șuruburi autofiletante.

Dar nu numai radiatoarele cu LED-uri pot fi realizate singur. Pentru iubitorii de plante, vă recomandăm să vă familiarizați cu LED-ul.

Răcirea de înaltă calitate a LED-ului este cheia durabilității LED-ului. Prin urmare, alegerea unui radiator trebuie abordată cu maximă seriozitate. Cel mai bine este să folosiți schimbătoare de căldură gata făcute: acestea sunt vândute în magazinele de radio. Radiatoarele nu sunt ieftine, dar sunt ușor de instalat, iar LED-ul protejează mai fiabil împotriva căldurii în exces.

= ([Temperatura punctului fierbinte, grC] - [Temperatura la punctul rece, grC]) / [Putere disipată, W]

Asta înseamnă că dacă de la un punct fierbinte la unul rece vine unul putere termala X W, iar rezistența termică este Y grC / W, atunci diferența de temperatură este X * Y grC.

Formula pentru calcularea răcirii unui element de putere

Pentru cazul calculării debitului de căldură a unui element electronic de putere, același lucru poate fi formulat după cum urmează:

[Temperatura cristalului elementului de putere, gTs] = [Temperatura ambiantă, grC] + [Putere disipată, W] *

Unde [ Rezistenta termica totala, grC/W] = + [Rezistenta termica intre carcasa si calorifer, gTs/W] + (pentru cazul unui radiator),

sau [ Rezistenta termica totala, grC/W] = [Rezistenta termica intre cristal si carcasa, ghz/W] + [Rezistenta termica intre carcasa si mediu, gTs/W] (pentru carcasa fără calorifer).

Ca rezultat al calculului, trebuie să obținem o astfel de temperatură a cristalului, astfel încât să fie mai mică decât maximul admisibil specificat în cartea de referință.

De unde pot obține datele pentru calcul?

Rezistenta termica intre matrita si carcasa pentru elementele de putere este de obicei dat în manual. Și se indică astfel:

Nu vă confundați cu faptul că unitățile K/W sau K/W sunt scrise în cartea de referință. Aceasta înseamnă că această valoare este dată în Kelvin pe Watt, în HHZ per W va fi exact aceeași, adică X K / W = X hHZ / W.

De obicei, cărțile de referință dau valoarea maximă posibilă a acestei valori, ținând cont de răspândirea tehnologică. Avem nevoie de ea, deoarece trebuie să facem calcul pentru cel mai rău caz. De exemplu, rezistența termică maximă posibilă între cristal și corpul tranzistorului cu efect de câmp de putere SPW11N80C3 este de 0,8 ghz / W,

Rezistenta termica intre carcasa si radiator depinde de tipul cazului. Valorile maxime tipice sunt prezentate în tabel:

Tampă izolatoare. Din experiența noastră, o garnitură izolatoare selectată și instalată corespunzător dublează rezistența termică.

Rezistenta termica intre carcasa / radiator si mediu... Este destul de ușor de calculat această rezistență termică cu o precizie acceptabilă pentru majoritatea dispozitivelor.

[Rezistenta termica, grC/W] = [120, (grC * mp.) / L] / [Suprafața radiatorului sau partea metalică a corpului elementului, mp. cm].

Acest calcul este potrivit pentru condițiile în care elementele și radiatoarele sunt instalate fără a crea conditii speciale pentru fluxul de aer natural (convecție) sau artificial. Coeficientul în sine este selectat din experiența noastră practică.

Majoritatea specificațiilor radiatorului conțin rezistență termică între radiator și mediu. Deci, în calcul este necesar să folosiți această valoare. Calculați această valoare numai dacă datele tabelare pentru radiator nu pot fi găsite. Adesea folosim radiatoare folosite pentru a construi mostre de depanare, așa că această formulă ne ajută foarte mult.

Pentru cazul în care căldura este îndepărtată prin contacte placă de circuit imprimat, zona de contact poate fi folosită și în calcul.

Pentru cazul în care îndepărtarea căldurii prin bornele elementului electronic (de obicei diode și diode Zener în ceea ce privește putere redusă), aria cablurilor este calculată pe baza diametrului și lungimii cablului.

[Suprafata plumb, mp. cm.] = Pi * ([ Lungimea corectă de ieșire, vezi] * [Diametrul de evacuare dreapta, cm.] + [Lungimea de ieșire din stânga, vezi] * [Diametrul de evacuare stânga, cm.])

Un exemplu de calcul al eliminării căldurii dintr-o diodă Zener fără radiator

Lăsați dioda zener să aibă două fire cu un diametru de 1 mm și o lungime de 1 cm.Lăsați-o să disipeze 0,5 wați. Atunci:

Suprafața punctelor de vânzare va fi de aproximativ 0,6 mp. cm.

Rezistența termică dintre carcasă (pini) și mediu va fi de 120 / 0,6 = 200.

În acest caz, rezistența termică dintre cristal și carcasă (pini) poate fi neglijată, deoarece este mult mai mică de 200.

Să presupunem că temperatura maximă la care va fi operat dispozitivul va fi de 40 de grade Celsius. Apoi temperatura cristalului = 40 + 200 * 0,5 = 140 degC, ceea ce este acceptabil pentru majoritatea diodelor Zener.

Calcul online al radiatorului - radiator

Vă rugăm să rețineți că pentru radiatoarele cu plăci, trebuie luată în considerare zona ambelor părți ale plăcii. Pentru urmele PCB utilizate pentru disiparea căldurii, trebuie luată doar o parte, deoarece cealaltă nu este în contact cu mediul. Pentru radiatoarele cu ac, este necesar să estimați aproximativ aria unui ac și să înmulțiți această zonă cu numărul de ace.

Calculul online al eliminării căldurii fără calorifer

Mai multe elemente pe un calorifer.

Dacă pe un singur radiator sunt instalate mai multe elemente, atunci calculul arată astfel. Mai întâi, calculăm temperatura radiatorului folosind formula:

[Temperatura radiatorului, grC] = [Temperatura mediu inconjurator, grC] + [Rezistenta termica intre calorifer si mediu, gTs/W] * [Putere totala, W]

[Temperatura cristalului, grC] = [Temperatura radiatorului, grC] + ([Rezistenta termica intre cristal si carcasa elementului, ghz/W] + [Rezistenta termica intre carcasa elementului si radiator, gTs/W]) * [Puterea disipată de un element, W]

În fizică, inginerie electrică și termodinamică atomică există o lege binecunoscută - curentul care curge prin fire le încălzește. A fost inventat de Joule și Lenz și au avut dreptate - așa cum este. Tot ceea ce funcționează din electricitate, într-un fel sau altul, transferă o parte din energia care trece în căldură.

S-a întâmplat în electronică ca obiectul cel mai afectat de căldură din mediul nostru să fie aerul. Părțile de încălzire transferă căldura în aer și este necesar să primească căldură din aer și să meargă undeva. Pierde, de exemplu, sau risipește-te singur. Vom numi procesul de răcire cu eliberare de căldură.

Al nostru constructii electronice de asemenea, disipă multă căldură, unele mai mult, altele mai puțin. Se încălzesc stabilizatoarele de tensiune, se încălzesc amplificatoarele, se încălzește un tranzistor care controlează un releu sau chiar doar un mic LED, doar că se încălzește destul de mult. Bine, dacă se încălzește puțin. Dar dacă este prăjit în așa fel încât să nu te poți ține de mână? Să ne fie milă de el și să încercăm să-l ajutăm cumva. Ca să zic așa, pentru a-i ușura suferința.

Să ne amintim dispozitivul bateriei de încălzire. Da, da, aceeași baterie obișnuită care încălzește încăperea iarna și pe care uscăm șosete și tricouri. Cu cât bateria este mai mare, cu atât mai multă căldură va avea camera, nu? Bateria curge apa fierbinte, încălzește bateria. Bateria are lucru important- numărul de secțiuni. Secțiunile vin în contact cu aerul și îi transferă căldura. Deci, cu cât mai multe secțiuni, adică cu cât suprafața ocupată a bateriei este mai mare, cu atât mai multă căldură ne poate oferi. Sudând încă câteva secțiuni, putem face camera noastră mai caldă. Adevărat, în acest caz, apa fierbinte din baterie se poate răci, iar vecinii nu vor mai avea nimic.

Luați în considerare dispozitivul unui tranzistor.

Baza de cupru (flansa) 1 pe substrat 2 cristal fix 3 ... Se conectează la pini 4 ... Întreaga structură este umplută cu un compus plastic 5 ... Flanșa are un orificiu 6 pentru instalare pe un calorifer.

Aceasta este în esență aceeași baterie, uite! Cristalul se încălzește, e ca apa fierbinte. Flanșa de cupru este în contact cu aerul, acestea sunt secțiunile bateriei. Zona de contact flanșă-aer este locul în care aerul este încălzit. Aerul încălzit răcește cristalul.

Cum să faci cristalul mai rece? Nu putem schimba dispozitivul tranzistorului, acest lucru este de înțeles. La asta s-au gândit și creatorii tranzistorului, iar pentru noi, martirii, au lăsat singura cale către cristal - flanșa. Flanșa este ca o singură secțiune a bateriei - prăjiți cartofi prăjiți și nicio căldură nu este transferată în aer - o zonă mică de contact. Aici este dat domeniul de aplicare pentru acțiunile noastre! Putem construi flanșa, lipim pe ea un „cuplu de secțiuni”, adică o placă mare de cupru, deoarece flanșa în sine este din cupru, sau putem fixa flanșa pe un semifabricat metalic numit radiator. Din fericire, orificiul din flanșă este pregătit pentru un șurub și piuliță.

Ce este un radiator? Am tot repetat al treilea paragraf despre el, dar chiar nu am spus nimic! Bine, să vedem:

După cum puteți vedea, designul radiatoarelor poate fi diferit, acestea sunt plăci și aripioare și există și radiatoare cu ac și diverse altele, trebuie doar să mergeți la magazinul de piese radio și să treceți peste raftul cu calorifere. Radiatoarele sunt cel mai adesea realizate din aluminiu și aliajele acestuia (siliciu și altele). Radiatoarele de cupru sunt mai bune, dar mai scumpe. Radiatoarele din otel si fier se folosesc doar la o putere foarte mica, 1-5W, deoarece disipeaza caldura incet.

Căldura degajată într-un cristal este determinată de o formulă foarte simplăP = U * I, unde P este puterea degajată în cristal, W, U = tensiunea pe cristal, V, I este curentul prin cristal, A. Această căldură trece prin substrat către flanșă, unde este transferată la calorifer. Mai mult, radiatorul încălzit este în contact cu aerul și căldura este transferată către acesta, ca următor membru al sistemului nostru de răcire.

Să ne uităm la circuitul complet de răcire a tranzistorului.

Avem două piese - un calorifer 8 și garnitura dintre radiator și tranzistor 7 ... S-ar putea să nu existe, ceea ce este și rău și bun în același timp. Să ne dăm seama.

Vă voi spune despre doi parametri importanți - acestea sunt rezistențele termice dintre cristal (sau joncțiune, așa cum se mai numește) și carcasa tranzistorului - Rpk și între carcasa tranzistorului și radiator - Rcr. Primul parametru arată cât de bine este transferată căldura de la cristal la flanșa tranzistorului. De exemplu, Rpc, egal cu 1,5 grade Celsius pe watt, explică că la o creștere a puterii de 1 W, diferența de temperatură dintre flanșă și radiator va fi de 1,5 grade. Cu alte cuvinte, flanșa va fi întotdeauna mai rece decât cristalul și cât de mult arată acest parametru. Cu cât este mai mic, cu atât mai bine cald transferat pe flanșă. Dacă disipăm 10W de putere, atunci flanșa va fi cu 1,5 * 10 = 15 grade mai rece decât cristalul, iar dacă disipăm 100W, atunci cu toți 150! Și deoarece temperatura maximă a cristalului este limitată (nu poate fi prăjită la căldură albă!), Flanșa trebuie răcită. La aceeași 150 de grade.

De exemplu:
Tranzistorul disipă 25 W de putere. Rpc-ul său este de 1,3 grade pe watt. Temperatura maximă a cristalului este de 140 de grade. Aceasta înseamnă că va exista o diferență de 1,3 * 25 = 32,5 grade între flanșă și cristal. Și deoarece cristalul nu poate fi încălzit peste 140 de grade, trebuie să menținem temperatura flanșei nu mai fierbinte de 140-32,5 = 107,5 grade. Ca aceasta.
Și parametrul Rcr arată la fel, doar pierderile sunt obținute pe aceeași garnitură notorie 7. Valoarea sa de Rcr poate fi mult mai mare decât Rpk, prin urmare, dacă proiectăm o unitate puternică, nu este de dorit să punem tranzistori pe garnituri. . Dar totuși, uneori trebuie. Singurul motiv pentru a folosi un distanțier este dacă doriți să izolați radiatorul de tranzistor, deoarece flanșa este conectată electric la borna mijlocie a carcasei tranzistorului.

Să ne uităm la un alt exemplu.
Tranzistorul este prajit la 100W. Ca de obicei, temperatura cristalului nu depășește 150 de grade. Rpk are 1 grad pe watt, si chiar si pe garnitura, care are Rcr 2 grade pe watt. Diferența de temperatură dintre cristal și radiator va fi de 100 * (1 + 2) = 300 de grade. Caloriferul trebuie ținut nu mai mult de 150-300 = minus 150 de grade: Da, dragii mei, tocmai acesta este cazul care va economisi doar azot lichid: groază!

Este mult mai ușor să trăiești pe un radiator pentru tranzistori și microcircuite fără garnituri. Dacă nu sunt acolo, iar flanșele sunt curate și netede, iar radiatorul strălucește de strălucire și chiar este introdusă pastă termoconductoare, atunci parametrul Rcr este atât de mic încât pur și simplu nu este luat în considerare.

Există două tipuri de răcire - convecție și forțată. Convecția, dacă ne amintim de fizica școlară, este o răspândire independentă a căldurii. La fel, răcirea prin convecție - am instalat un radiator și el însuși se va ocupa cumva de aerul de acolo. Radiatoarele de tip convecție sunt cel mai des instalate în afara dispozitivelor, ca la amplificatoare, ați văzut? Pe laterale sunt două lucruri din plăci metalice. Tranzistoarele sunt înșurubate la ele din interior. Astfel de calorifere nu pot fi acoperite, închideți accesul la aer, altfel radiatorul nu va avea unde să pună căldura, se va supraîncălzi și va refuza să primească căldură de la tranzistor, care nu se va gândi mult timp, se va supraîncălzi și el: tu însuți intelege ce se va intampla. Răcirea forțată este atunci când forțăm aerul să sufle mai activ pe calorifer, făcându-și drum de-a lungul marginilor, acelor și găurilor acestuia. Aici folosim ventilatoare, diverse canale de răcire cu aer și alte metode. Apropo, în loc de aer, poate fi ușor apă, ulei și chiar azot lichid. Tuburile radio puternice ale generatorului sunt adesea răcite cu apă curentă.

Cum să recunoști un radiator - pentru convecție sau răcire forțată? Eficiența sa depinde de aceasta, adică cât de repede poate răci cristalul fierbinte, ce flux de energie termică poate trece prin el însuși.

Ne uităm la fotografii.

Primul radiator este pentru răcirea prin convecție. Distanța mare dintre aripioare asigură un flux liber de aer și o bună disipare a căldurii. Un ventilator este pus pe al doilea radiator de sus și suflă aer prin aripioare. Aceasta este răcire forțată. Desigur, puteți folosi atât acelea, cât și acele calorifere peste tot, dar întreaga întrebare este în eficacitatea lor.
Radiatoarele au 2 parametri - aria lor (în centimetri pătrați) și coeficientul de rezistență la căldură al radiatorului-mediu Rрс (în wați pe grad Celsius). Aria se calculează ca suma ariilor tuturor elementelor sale: aria bazei pe ambele părți + aria plăcilor de pe ambele părți. Suprafața capetelor bazei nu este luată în considerare, așa că vor fi foarte puțini centimetri pătrați.

Exemplu:
radiatorul din exemplul de mai sus pentru răcire prin convecție.
Dimensiuni baza: 70x80mm
Dimensiune aripioare: 30x80mm
Numar de coaste: 8
Suprafata de baza: 2x7x8 = 112sq.cm
Zona nervurii: 2x3x8 = 48sq.cm.
Suprafata totala: 112 + 8x48 = 496 mp.

Coeficientul de rezistență termică al radiatorului-mediu Rрс arată cât de mult va crește temperatura aerului care iese din calorifer odată cu creșterea puterii cu 1W. De exemplu, un Rpc egal cu 0,5 grade Celsius pe watt ne spune că temperatura va crește cu jumătate de grad atunci când este încălzită cu 1W. Acest parametru este considerat formule cu trei etaje și mințile noastre feline nu sunt în niciun caz capabile să o facă: Rрс, ca orice rezistență termică din sistemul nostru, cu cât mai puțin, cu atât mai bine. Și îl puteți reduce în diferite moduri - pentru aceasta, radiatoarele sunt înnegrite chimic (de exemplu, aluminiul este bine întunecat în clorură ferică - nu experimentați acasă, clorul este eliberat!), Există și un efect de orientare a radiatorului în aer pentru mai bine trecerea acesta de-a lungul aripioarelor (un radiator vertical se răcește mai bine decât unul culcat). Nu se recomanda vopsirea caloriferului cu vopsea: vopsea - rezistenta termica in exces. Fie doar puțin, astfel încât să fie întuneric, dar nu într-un strat gros!

Anexa conține un mic program în care puteți calcula aria aproximativă a radiatorului pentru un microcircuit sau tranzistor. Cu ajutorul acestuia, să calculăm un radiator pentru o sursă de alimentare.

Circuit de alimentare.

Sursa de alimentare emite 12V la ieșire la un curent de 1A. Același curent trece prin tranzistor. La intrarea tranzistorului este de 18V, la ieșire de 12V, ceea ce înseamnă că o tensiune de 18-12 = 6V scade pe el. Puterea disipată din cristalul tranzistorului este de 6V * 1A = 6W. Temperatura maximă a cristalului pentru 2SC2335 este de 150 de grade. Să nu-l operăm în condiții extreme, alegeți o temperatură mai scăzută, de exemplu, 120 de grade. Rezistența termică a carcasei de joncțiune Rpk pentru acest tranzistor este de 1,5 grade Celsius pe watt.

Deoarece flanșa tranzistorului este conectată la colector, să izolăm electric radiatorul. Pentru a face acest lucru, punem o garnitură izolatoare din cauciuc termoconductor între tranzistor și radiator. Rezistența termică a benzii este de 2 grade Celsius pe watt.

Pentru un contact termic bun, adăugați o picătură de ulei siliconic PMS-200. Acesta este un ulei gros, cu o temperatură maximă de + 180 de grade, va umple golurile de aer care se formează în mod necesar din cauza denivelărilor flanșei și radiatorului și va îmbunătăți transferul de căldură. Mulți oameni folosesc pasta KPT-8, dar mulți consideră că nu este cel mai bun conductor de căldură.
Punem caloriferul pe peretele din spate al sursei de alimentare, unde va fi racit aerul camerei+ 25 de grade.

Înlocuim toate aceste valori în program și calculăm aria radiatorului. Suprafața rezultată de 113 mp este aria radiatorului, proiectată pentru muncă îndelungată alimentare în regim de putere maximă - mai mult de 10 ore. Dacă nu avem nevoie de atât de mult timp pentru a conduce sursa de alimentare, ne putem descurca cu un radiator mai mic, dar mai masiv. Și dacă instalăm un radiator în interiorul sursei de alimentare, atunci nu este nevoie de o garnitură izolatoare, fără ea, radiatorul poate fi redus la 100 mp.

Dar, în general, dragii mei, buzunarul nu trage stocul, toată lumea este de acord? Să ne gândim la marjă, astfel încât să fie în zona radiatorului și în temperaturile limită ale tranzistorilor. La urma urmei, nu doar altcineva va trebui să repare dispozitivele și să schimbe tranzistoarele prea gătite, ci tu însuți! Tine minte asta!

Toate componentele electronice generează căldură, astfel încât capacitatea de a calcula caloriferele pentru a nu zbura cu câteva ordine de mărime este foarte utilă oricărui inginer electronic.

Calcule termice foarte simplu și au multe în comun cu calculele circuite electronice... Aici, aruncați o privire la o problemă comună de calcul termic pe care tocmai am întâlnit-o.

Sarcină

Trebuie să alegeți un radiator pentru un regulator liniar de 5 volți, care este alimentat de maximum 12 volți și produce 0,5A. Puterea maximă disipată este (12-5) * 0,5 = 3,5W

Imersiune în teorie

Pentru a nu produce entități, oamenii au zgâriat dovleacul și și-au dat seama că căldura este foarte asemănătoare cu curent electric, iar pentru calcule termice, puteți folosi doar legea obișnuită a lui Ohm

Tensiunea (U) se înlocuiește cu temperatura (T)

Curentul (I) este înlocuit cu puterea (P)

Rezistenta este inlocuita cu rezistenta termica. Rezistența tipică este Volt/Amperi, iar rezistența termică este °C/Watt.

Drept urmare, legea lui Ohm este înlocuită cu analogul său termic:

O mică observație - pentru a indica faptul că ne referim la rezistență termică (și nu electrică), la litera R se adaugă litera theta: Nu am o astfel de literă pe tastatură, dar e prea lene să o copiez din tabelul de simboluri, așa că voi folosi doar litera R.

Noi continuăm

Căldura este eliberată în cristalul stabilizator, iar scopul nostru este să prevenim supraîncălzirea acestuia (pentru a preveni supraîncălzirea cristalului în sine, nu este cazul, acest lucru este important!).

La ce temperatură poate fi încălzit cristalul, este scris în fișa tehnică:

De obicei, temperatura limită a cristalului se numește Tj (j = joncțiune = joncțiune - interiorul termosensibil al microcircuitelor consta în principal din joncțiuni pn. Puteți presupune că temperatura joncțiunii este egală cu temperatura cristalului)

Fara radiator

Circuit termic arata foarte simplu:

În special pentru cazurile de utilizare a unei carcase fără radiator, fișele de date scriu rezistența termică cristal-atmosfera (Rj-a) (ce este j știți deja, a = mediu = mediu)

Rețineți că temperatura solului nu este zero, ci temperatura ambiantă (Ta). Temperatura aerului depinde de condițiile în care se află radiatorul. în aer liber, atunci puteți pune Ta = 40 ° C, dar dacă într-o cutie închisă, atunci temperatura poate fi mult mai mare!

Scriem legea căldurii lui Ohm: Tj = P * Rj-a + Ta. Înlocuind P = 3,5, Rj-a = 65, obținem Tj = 227,5 + 40 = 267,5 ° C. Prea mult, însă!

Ne agățăm de calorifer

Circuitul termic al exemplului nostru cu un stabilizator pe un radiator devine astfel:

• Rj-c- rezistenta de la cristal la radiator de carcasa (c = carcasa = carcasa). Este dat în fișa tehnică. În cazul nostru - 5 ° C / W - din fișa de date

Rc-r- rezistenta carcasa-radiator. Nu este chiar atât de simplu. Această rezistență depinde de ceea ce este între carcasă și radiator. De exemplu, o garnitură de silicon are un coeficient de conductivitate termică de 1-2 W / (m * ° C) și pasta KPT-8 - 0,75 W / (m * ° C). Rezistența termică poate fi obținută din coeficientul de conductivitate termică prin formula:

R = grosimea plăcuței / (coeficient de conductivitate termică * aria unei laturi a plăcuței)

Rc-r poate fi adesea ignorat cu totul. De exemplu, în cazul nostru (folosim pachetul TO220, cu pastă KPT-8, adâncimea medie a pastei luată de pe tavan este de 0,05 mm). Rc-r total = 0,5 ° C / W. Cu o putere de 3,5W, diferența de temperatură dintre corpul stabilizatorului și calorifer este de 1,75 grade. Asta nu e mult. Pentru exemplul nostru, să luăm Rc-r = 2 ° C / W

Rr-a- rezistenta termica intre calorifer si atmosfera. Este determinat de geometria radiatorului, prezența fluxului de aer și o grămadă de alți factori. Acest parametru este mult mai ușor de măsurat decât de calculat (vezi la sfârșitul articolului). De exemplu - Rr-c = 12,5 ° C / W

Ta= 40 ° C - aici ne-am gândit că temperatura atmosferică este rareori mai mare, puteți lua 50 de grade, astfel încât cu siguranță va fi.

Înlocuim toate aceste date în legea lui Ohm și obținem Tj = 3,5 * (5 + 2 + 12,5) + 40 = 108,25 ° C

Aceasta este semnificativ mai mică decât limita de 150 ° C. Un astfel de radiator poate fi folosit. În același timp, carcasa radiatorului se va încălzi până la Tc = 3,5 * 12,5 + 40 = 83,75 ° C. Această temperatură este deja capabilă să înmoaie unele materiale plastice, așa că trebuie să fii atent.

Măsurarea rezistenței radiatorului la atmosferă.

Cel mai probabil, aveți deja o grămadă de calorifere pe care le puteți folosi. Rezistenta termica este foarte usor de masurat. Are nevoie de o rezistență și o sursă de alimentare.

Modelăm rezistența la radiator folosind pastă termică:

Conectăm sursa de alimentare și setăm tensiunea astfel încât o parte de putere să fie eliberată pe rezistență. Este mai bine, desigur, să încălziți caloriferul cu puterea pe care o va disipa în dispozitivul final (și în poziția în care se va afla, acest lucru este important!). De obicei las o astfel de structură timp de o jumătate de oră, ca să se încălzească bine.

Odată măsurată temperatura, poate fi calculată rezistența termică

Rr-a = (T-Ta) / P. De exemplu, radiatorul meu s-a încălzit până la 81 de grade, iar temperatura aerului a fost de 31 de grade. astfel Rr-a = 50/4 = 12,5 ° C / W.

Estimarea suprafeței radiatorului

În manualul antic al radioamatorului, exista un grafic prin care puteți estima aria radiatorului. Iată-l:

Este foarte ușor să lucrezi cu el. Selectam supraincalzirea pe care vrem sa o obtinem si vedem ce zona corespunde puterea necesară cu o asemenea supraîncălzire.

De exemplu, cu o putere de 4W și supraîncălzire de 20 de grade, vei avea nevoie de un calorifer de 250cm ^ 2. Acest grafic supraestimează zona și nu ia în considerare o mulțime de factori precum fluxul de aer forțat, geometria nervurilor etc.

Radiatoare pentru dispozitive semiconductoare

Dispozitivele semiconductoare puternice generează o anumită cantitate de căldură în mediu în timpul funcționării. Dacă nu aveți grijă de răcirea lor, tranzistoarele și diodele pot eșua din cauza supraîncălzirii cristalului de lucru. Asigurarea regimului termic normal al tranzistorilor (și al diodelor) este una dintre sarcinile importante. Pentru decizie corectă Pentru această sarcină, trebuie să aveți o idee despre funcționarea radiatorului și despre designul său competent din punct de vedere tehnic.

După cum știți, orice obiect încălzit, atunci când este răcit, degajă căldură mediului. Atâta timp cât cantitatea de căldură eliberată în tranzistor este mai mare decât cea emisă mediului, temperatura carcasei tranzistorului va crește continuu. La o parte din valoarea sa, are loc așa-numitul echilibru termic, adică egalitatea cantităților de căldură disipată și eliberată. Dacă temperatura balanței termice este mai mică decât maximul permis pentru tranzistor, acesta va funcționa în mod fiabil. Dacă această temperatură este mai mare decât temperatura maximă admisă, tranzistorul se va defecta. Pentru ca echilibrul termic să apară la o temperatură mai scăzută, este necesară creșterea transferului de căldură al tranzistorului.

Există trei metode cunoscute de transfer de căldură: conducție, radiație și convecție. Conductivitatea termică a aerului este de obicei scăzută - această valoare poate fi neglijată atunci când se calculează un radiator. Ponderea căldurii disipate de radiații este semnificativă doar la temperaturi ridicate (câteva sute de grade Celsius), prin urmare, această valoare poate fi neglijată și la temperaturi de funcționare relativ scăzute ale tranzistoarelor (nu mai mult de 60-80 de grade). Convecția este mișcarea aerului în zona unui corp încălzit, cauzată de diferența de temperatură dintre aer și corp. Cantitatea de căldură degajată de un obiect încălzit este proporțională cu diferența de temperatură dintre obiect și aer, suprafața și viteza fluxului de aer în jurul corpului.

Când eram tânăr m-am confruntat decizie inițialăîndepărtarea căldurii de la tranzistoarele puternice de ieșire. Tranzistoarele (atunci tranzistoarele de tip P210 erau folosite pentru a construi amplificatoare) pe fire lungi erau în afara carcasei. Două borcane de plastic cu apă au fost înșurubate pe corp, iar tranzistoarele erau în ele. Astfel, s-a asigurat o răcire eficientă cu „apă”. Când apa din borcane a fost încălzită, a fost pur și simplu înlocuită cu rece ... În loc de apă, puteți folosi ulei mineral (lichid) sau de transformator ... Acum industria a început să producă în masă sisteme de răcire cu apă pentru procesoare și plăcile video ale computerelor - pe principiul radiatoarelor auto (dar acest lucru este deja, în opinia mea, exotic ...).

Pentru a asigura îndepărtarea eficientă a căldurii din cristalul semiconductor, se folosesc radiatoare (radiatoare). Să facem cunoștință cu unele dintre modelele de radiatoare.