Na následujících řádcích je popsán jednoduchý návod na výpočet chladiče, tj. bez spousty konstant a hodnot, které amatér stejně jen těžko zjistí.
Názvy:
n – [theta] – pro zjednodušení zde budu používat velké V
Va – teplota okolí – bere se 45°C
Vc – teplota pouzdra
Vj – teplota čipu – max: Si = 200°C, Ge = 100°C
K1 – vnitřní tepelný odpor
K2 – vnější tepelný odpor
Než začneme:
U každého tranzistoru je v katalogu uvedena maximální výkonová ztráta [ve watech], tj. maximální hodnota výkonu, kterou dokáže předat kvalitnímu chladiči. Bez chladiče zvládne pracovat zhruba do 0,1 této hodnoty, dále je již chladič potřeba.
Chladičů je velké množství, ale my zůstaneme u klasického kovového chladiče chlazeného pouze okolní vzduchem (žádné aktivní chlazení, vodní chladič…).
Přebytečné teplo vzniká na čipu součástky a značí se Vj. Aby se vyzářilo, musí projít přes tepelné odpory čip-pouzdro (teplota pouzdra = Vc), pouzdro-chladič a samozřejmě chladič-okolí (teplota okolí = Va). Tyto odpory musí být co nejmenší, jinak se neodvede dostatek tepla a součástka se přehřeje. Tepelný odpor čip-pouzdro nezměníme, ale odpor pouzdro-chladič můžeme snížit pokud bude styčná plocha co největší a použitím silikonové pasty pro chladiče. Odpor přechodu chladič-okolí se dá snížit natřením chladiče tmavou matovou barvou.
Dále je potřeba vědět, že chladič je lepší svisle orientovaný a co nejvyšší (jako komín-potřebuje „tah“).
Konstanty a vzorce:
C1 – materiálová konstanta: Al = 1, Cu = 0,75
C2 – vyzařovací konstanta: (pro Al tloušťky 2-3mm) svisle = 0,43, vodorovně = 0,5
Va – teplota okolí – běžně se bere se 45°C
Vc – teplota pouzdra
Vj – maximální teplota přechodu: Si = 200°C, Al = 100°C
K1 – vnitřní tepelný odpor
K2 – vnější tepelný odpor
- teplota pouzdra = maximální teplota a spočítá se odečtením násobku vnitřního tepelného odporu a požadovaného výkonu od maximální teploty pouzdra:
- vnější odpor – se spočítá odečtením teploty okolí od teploty pouzdra a vydělením požadovaným výkonem:
- plocha chladiče – raději hned vzorec bez odvození:
Příklad:
Je potřeba chladit stabilizátor zdroje – 7805. Vstupní napětí na stabilizátoru při plném zatížení je 10V a maximální odebíraný proud je 1A. Stabilizátor je v v klasickém pouzdře TO220 a proto je možné připevnit svislý chladič. Jo a z katalogových listů mají tyto stabilizátory vnitřní tepelný odpor K1 = 3 °C/W.
Před zahájením výpočtu chladiče je ještě potřeba spočíst maximální ztrátový výkon:
- teplota pouzdra
- vnější odpor
- plocha chladiče
Plocha chladiče tedy je 12 cm2, lze tedy použít například plech s rozměry 3 × 4 cm a ten případně ohnout do U. Jelikož je zde počítáno s maximálním tepelným zatížením čipu (200°C), použití většího chladiče rozhodně neuškodí.
A ještě jeden tip na závěr:
Dobrý chladič se pozná tak, že chlazená součástka je relativně chladná, zato konce chladiče jsou horké:)
Původní obsah: http://pandatron.cz/?219&vypocet_chladice
Přidejte odpověď