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Soudure électrique. Comment calculer un radiateur. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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Lors du fonctionnement d'un dispositif semi-conducteur, de la puissance est libérée dans son cristal, ce qui entraîne un échauffement de ce dernier. Si plus de chaleur est libérée que n'en est dissipée dans l'espace environnant, la température du cristal augmentera et pourra dépasser le maximum autorisé. Dans ce cas, sa structure sera détruite de manière irréversible.

Par conséquent, la fiabilité des dispositifs semi-conducteurs est largement déterminée par efficacité de refroidissement. Le plus efficace est le mécanisme de refroidissement par convection, dans lequel la chaleur est évacuée par un flux de liquide de refroidissement gazeux ou liquide lavant la surface refroidie.

Plus la surface refroidie est grande, plus le refroidissement est efficace, et donc des dispositifs semi-conducteurs puissants doivent être installés sur des radiateurs métalliques ayant une surface refroidie développée. L'air ambiant est généralement utilisé comme liquide de refroidissement.

Selon la méthode de déplacement du liquide de refroidissement, ils distinguent:

• ventilation naturelle;
• aération forcée.

Dans le cas d'une ventilation naturelle, le liquide de refroidissement se déplace en raison du tirage qui se produit à proximité du radiateur chauffant. Dans le cas d'une ventilation forcée, le liquide de refroidissement est déplacé à l'aide d'un ventilateur. Dans le second cas, il est possible d'obtenir des débits plus élevés et, par conséquent, de meilleures conditions de refroidissement.

Les calculs thermiques peuvent être grandement simplifiés si l'on utilise un modèle de refroidissement thermique (Fig. 18.26). Ici la différence entre la température du cristal T_J et température ambiante T_A provoque un flux de chaleur se déplaçant du cristal vers l'environnement à travers les résistances thermiques R_JC (glace - boîtier), R_CS (boîtier - radiateur) et R_SA (radiateur - environnement).

Graphique 18.26. Modèle de refroidissement thermique

La résistance thermique a pour unité °С/W. Résistance thermique maximale totale R_JA dans la section cristal-environnement peut être trouvé en utilisant la formule :

où P_PP - puissance dissipée sur le cristal d'un dispositif semi-conducteur, W.

Résistance thermique R_JC et R_CS indiqué dans les données de référence pour les dispositifs à semi-conducteurs. Par exemple, selon les données de référence, pour le transistor IRFP250N, sa résistance thermique dans la section cristal-radiateur est égale à R_JC + R_CS \u0,7d 0,24 + 0,94 \uXNUMXd XNUMX ° C / W.

Cela signifie que si 10 W de puissance sont libérés sur la puce, alors sa température sera de 9,4°C supérieure à la température du radiateur.

Résistance thermique du radiateur peut être trouvé à l'aide de la formule :

La méthodologie proposée ci-dessous est basée sur les recommandations de choix des radiateurs en aluminium de la série Max Clip System™ d'AAVID THERMALLOY.

En figue. La figure 18.27 montre les relations graphiques entre le périmètre de la section transversale d'un radiateur en aluminium et sa résistance thermique pour un refroidissement naturel (ligne rouge) et forcé (ligne bleue) par flux d'air.

Par défaut, on suppose que:

• le radiateur a une longueur de 150 mm ;
• différence entre la température du radiateur T_S et température ambiante T_а est ;
• la vitesse du flux de refroidissement forcé est de 2 m/s.

Si les conditions de refroidissement diffèrent de celles par défaut, la correction nécessaire peut être effectuée à l'aide des graphiques de la Fig. 18.28 - fig. 18.30hXNUMX.

Riz. 18.27. Relations entre la section d'un radiateur en aluminium et sa résistance thermique

Riz. 18.28. Facteur de correction de la différence de température entre le radiateur et l'environnement

Riz. 18.29. Facteur de correction du débit d'air

Riz. 18.30hXNUMX. Facteur de correction pour la longueur du radiateur

Par exemple, calculons un radiateur assurant le refroidissement d'un transistor ERST, composé de 20 transistors de type IRFP250N. Le radiateur peut être calculé pour un transistor, puis la taille résultante peut être augmentée de 20 fois.

Puisque la puissance totale dissipée sur le transistor clé est de 528 W, alors la puissance dissipée sur chaque transistor IRFP250N est de 528/20 = 26,4 W. Le radiateur doit garantir une température maximale du cristal du transistor ne dépassant pas +110 °C à une température ambiante maximale de +40 °C.

Trouver résistance thermique R_JA pour un transistor IRFP250N :

Trouvons maintenant résistance thermique du radiateur:

Connaissant la température maximale du cristal et la résistance thermique dans la section cristal-radiateur, on détermine la température maximale du radiateur :

A l'aide du graphique (Fig. 18.28), on détermine le facteur de correction Kt de la différence de température entre le radiateur et l'environnement :

Utilisé pour refroidir le radiateur ventilateur type 1,25EV-2,8-6-3270U4, d'une capacité de 280 m3/h. Pour calculer le débit, vous devez diviser la capacité par la section transversale du conduit d'air soufflé par le ventilateur.

Si le conduit a une section transversale :

alors le débit d'air sera :

Selon le graphique (Fig. 18.29), nous déterminons le facteur de correction K_v à la vitesse réelle du flux d'air :

Supposons que nous disposions d'un grand nombre de radiateurs prêts à l'emploi avec un périmètre de section transversale de 1050 mm et une longueur de 80 mm. A l'aide du graphique (Fig. 18.30), nous déterminons le facteur de correction K_L pour la longueur du radiateur:

Pour trouver la correction totale, nous multiplions tous les facteurs de correction :

Sous réserve de modifications, le radiateur doit fournir résistance thermique:

À l'aide du graphique (Fig. 18.27), nous constatons qu'un transistor nécessite un radiateur avec un périmètre de section transversale de 200 mm. Pour un groupe de 20 transistors IRFP250N, le radiateur doit avoir un périmètre de section d'au moins 4000 mm. Les radiateurs disponibles ayant un périmètre de 1050 mm, vous devrez combiner 4 radiateurs.

La diode ERST dissipe moins de puissance, mais pour des raisons de conception, un radiateur similaire peut être utilisé.

Souvent, les fabricants de refroidisseurs indiquent la surface du radiateur, plutôt que son périmètre et sa longueur.

Pour obtenir la surface du radiateur à partir de la méthode proposée, il suffit de multiplier la longueur du radiateur par son périmètre S_P = 400 x 8 = 3200 cm2.

Auteur : Koryakin-Chernyak S.L.

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