!(!(радиаторы в радиоэлектронных конструкциях))

Рис. 8.6. Крепление транзистора в корпусе ТО-220 к радиатору при необходимости его изоляции: 1 радиатор; 2 - отверстие в радиаторе; 3 изолирующие шайбы; 4 стягивающий винт; 5 гайка; 6 изолирующая трубка; 7 слюдяная прокладка; 8 пластмассовая часть корпуса транзистора; 9 металлическая часть корпуса транзистора; 10 выводы транзистора

Тем не менее, указанные методы дают хорошее приближение к истине, но если мы не обеспечим хороший тепловой контакт, все наши расчеты могут пойти насмарку. Просто плотно прижать винтом транзистор к радиатору, ко]немно, можно, но только в том случае, если поверхность радиатора в месте прижима идеально плоская и хорошо отшлифована. Практически этого нико]гда не бывает, поэтому радиатор в месте прижима смазывают специальной теплопроводящей пастой. Ее можно купить в магазинах, а иногда тюбик с такой пастой прикладывают к «кулерам» для микропроцессоров. Смазывать надо тонким, но равномерным слоем, не перебарщивать в количестве. Если на один радиатор ставятся два прибора, у которых коллекторы находятся под разным напряжением^ то под корпус нужно проложить изолирующую про]кладку, под крепежные винты изолирующие пластиковые шайбы, а на са]ми винты надеть отрезок изолирующей кембриковой трубки длиной, равной толщине радиатора в месте отверстия (рис. 8.6).

Радиатор следует располагать вертикально, и ребра также должны распола]гаться вертикально (как на рисунке), а поверхность его следует покрасить в черный цвет. Я еще раз хочу напомнить, что все эти расчеты очень приблизи]тельны, и даже сама методика может измениться, если вы поставите радиатор не вертикально, а горизонтально или снабдите радиатор игольчатыми ребра]ми вместо пластинчатых. К тому же мы никак не учитываем здесь тепловое сопротивление переходов кристалл-корпус и корпус-радиатор (просто пред]положив, что разница температур составит 5 `С).

Итак, приступим: сначала зададимся желательным перегревом поверхности, выбрав не слишком большую величину, равную 30 `С. Грубо говоря, можно считать, что при температуре окружающей среды 30 `С, температура поверх]ности радиатора составит 60 `С. Если учесть, что разница между температу]рой радиатора и температурой кристалла транзистора или микросхемы при хорошем тепловом контакте (о котором ниже) может составить примерно 5 `С, то это приемлемо для практически всех полупроводниковых приборов. Высота ребер h у нас составляет 30 мм, поэтому пользуемся верхней кривой на графике рис. 8.5, откуда узнаем, что величина коэффициента теплоотдачи составит примерно 50 Вт/м^`С. После вычислений получим, что W = 22 Вт. По простейшему правилу ранее мы получили 14,5 Вт, то есть, проведя более точные расчеты, мы можем несколько уменьшить площадь, тем самым сэко]номив место в корпусе. Однако повторим, если место нас не жмет, то лучше всегда иметь запас.

Обратите внимание, что площадь в эту формулу подставляется в квадратных метрах, а не сантиметрах.

? S полная площадь теплоотдающей поверхности радиатора, м1

? 0 величина перегрева теплоотдающей поверхности, `С, Q = Т^- Tq^ (Гс средняя температура поверхности радиатора, Гос температура окружающей среды);

? аэфф эффективный коэффициент теплоотдачи, Вт/м^`С (см. график на рис. 8.5);

? W мощность, рассеиваемая радиатором, Вт;

Для оценки тепловой мощности радиатора можно использовать формулу Ж=азфф-е.5,где:

Рис. 8.5. Эффективный коэффициент теплоотдачи ребристого радиатора в условиях свободной конвекции при различной длине ребра: 1 /7 = 32 мм; 2 /7 = 20 мм; 3 /7 = 12,5 мм

Если же хотите подсчитать поточнее, то вот один из более сложных спосо]бов, который годится для радиаторов средних размеров (Ii=20 180 мм, 12 = 40 125 мм).

Способ первый и наипростейший: площадь охлаждающего радиатора должна составлять Юсм^ на каждый ватт выделяющейся мощности. Так что радиа]тор с приведенными на рис. 8.4 размерами, согласно этому правилу может рассеять 14,5 Вт мощности как раз под наш усилитель с некоторым запа]сом. И если вас не жмут размеры корпуса, то вы вполне можете ограничиться этим прикидочным расчетом.

Вот два эмпирических способа для расчета рассеиваемой мощности в зави]симости от площади поверхности, и пусть меня не слишком строго осудят за то, что никаких особенных научных выкладок вы здесь не увидите.

Сначала рассмотрим, как рассчитывать площадь радиаторов, исходя из их геометрии. На рис. 8.4 схематично показан типичный пластинчатый радиа]тор. Для расчета его площади нужно к площади его основания прибавить суммарную площадь его ребер (также с каждой стороны). Если нижней сто]роной радиатор прижимается к плате, то лучше считать рабочей только одну сторону основания, но мы предположим, что радиатор «висит» в воздухе (как часто и бывает) и поэтому площадь основания удваивается: Socn-’^-LyLi. Площадь одного ребра (тоже с двух сторон) Sp = 2-Lyh, но к этой величине нужно еще прибавить боковые поверхности ребра, площадь которых равна SQoK = 2′hd. Ребер всего 6, поэтому общая площадь радиатора будет равна S = Soctt + 6-5р + б-б’бок. Пусть L1 = 3 см, I2 = 5 см, Л = 3 см, 5 = 0,2 см, тогда общая площадь такого радиатора будет 145 см^. Разумеется, это приближен]ный расчет (мц не учли, скажем, боковую поверхность основания), но для наших целей точность и не требуется.

Рис. 8.4. Типичный пластинчатый радиатор

Сразу скажем научно-обоснованной методики для расчета охлаждающих радиаторов не существует. По этому поводу можно написать не одну диссер]тацию или монографию (и написаны, и много), но стоит изменить конфигу]рацию охлаждающих ребер или стержней, расположить радиатор не верти]кально, а горизонтально, приблизить к нему любую другую поверхность сни]зу, сверху или сбоку все изменится, и иногда кардинально. Именно поэто]му производители микропроцессоров или процессоров для видеокарт предпочитают не рисковать, а снабжать свои изделия радиаторами с вентиля]тором принудительный обдув, даже слабенький, повышает эффективность теплоотвода в десятки раз, хотя большей частью это совершенно не требует]ся (но они поступают по закону «лучше перебдеть, чем недобдеть», и это правильно). Здесь мы приведем только пару-другую эмпирических способов, которые оправдали себя на практике и годятся для того, чтобы рассчитывать пассивные (то есть без обдува) радиаторы для подобных усилителей или для аналоговых источников питания, о которых пойдет речь в следующей главе.

Радиаторы в радиоэлектронных конструкциях

» » » Радиаторы в радиоэлектронных конструкциях

Радиаторы в радиоэлектронных конструкциях | Техника и Программы