Come posso calcolare la resistenza termica del calcio piatto di alluminio

È comune per molti circuiti di potenza avvitarsi su un pezzo di calcio piatto di alluminio. Quanto deve essere grande lo stock?

Di 'che sto montando un suggerimento122. La condizione peggiore è che abbia una caduta di 24 V a 3 A e un ciclo di lavoro del 50%. Quindi sta dissipando 36 W.

Guardando il foglio dati, a 35W, la temperatura massima del case è ~ 80C. Assumi una temperatura ambiente di 25 gradi.

Caduta di temperatura = 35 W * Tr = 55 delta o 1,57 C / W per la piastra.

Quindi quanta superficie ho bisogno per raggiungere questo obiettivo?

L'ho affrontato correttamente?

Puoi usare questa calcolatrice per eseguire alcuni numeri per una piastra piatta (il tuo disegno dovrebbe avere le alette). Attenzione che hai un numero limitato di tentativi e che richiede un parametro di velocità dell'aria. Collegare la temperatura desiderata del case dalle curve di declassamento, che approfondirò più avanti.

Sei bloccato con il TIP122? Com'è il pacchetto TO-220? Sia TIP122 che TO-220 sono progettati solo per applicazioni di media potenza. Questo tipo di applicazione sarebbe meglio servito da un transistor ad alta potenza e un pacchetto di lattine di metallo.

La differenza tra un transistor ad alta potenza, media potenza o piccolo segnale non è solo nei loro pacchetti, ma anche nella costruzione del dispositivo. La tabella delle valutazioni massime per il [foglio dati TIP122] mostra che ha una massima dissipazione di potenza del collettore Pc di 2 W in aria a 25 ° C o 65 W con Tc = 25 ° C. La seconda statistica presuppone che si possa avere un dissipatore di calore infinito, collegato con l'ultimo composto del dissipatore di calore alla scheda (tecnicamente il caso, ma la scheda è tutto ciò che conta) sul TO-220, in modo che la scheda del dissipatore di calore sia a 25 ° C. Anche in questo caso, la giunzione del transistor, di cui ti preoccupi, supererà i 150 ° C. C'è resistenza termica tra la giunzione e la linguetta. (Sidenote: sono d'accordo con jluciani - Mi piace il mio silicone 125 ° C o più freddo). (Sidenote 2: i dissipatori di calore in metallo sui BJT sono solitamente collegati al collettore, quindi avrai una fonte 3A collegata al case, a una tensione maggiore dell'emettitore / massa e non vorrai che si trovi in ​​un posto che può cortocircuitare su.)

Dai un'occhiata alle curve di declassamento (Figura 5 nel foglio dati TIP122):

se hai bisogno di dissipare 72 W , semplicemente non puoi farlo. Se hai bisogno di 36W, dovresti mantenere il tuo dissipatore di calore a meno di 50 ° C sopra l'ambiente (25 ° C. È questo gradiente di temperatura di 50 gradi che ti dà dissipazione di potenza). Confronta quella curva con un transistor ad alta potenza come l' MJ11022 [scheda tecnica] :

Il dissipatore di calore ora può essere un rischio di ustioni molto prima che il transistor sia danneggiato. 72 W corrispondono a quasi 100 ° C al di sopra dell'ambiente e 36 W a una temperatura operativa assoluta di quasi 150 ° C. Fai attenzione al ciclismo termico se vuoi farlo funzionare davvero caldo.

Consiglio vivamente di utilizzare un transistor TO-3 o TO-204 ad alta potenza invece del TIP122.

Probabilmente avrai bisogno di una piastra molto grande o di una buona quantità di aria in movimento.

Qual è il tempo di puntualità di TIP122? Se il tempo di accensione è superiore a 100 mS, si stanno dissipando 72 W non 36 W. È necessario esaminare le curve di risposta termica transitoria per determinare il declassamento.

È necessario consentire una certa resistenza termica per l'interfaccia tra il case del transistor e il lavandino (o la piastra).

Supponendo che il tempo di puntamento sia inferiore a 1 mS si stanno dissipando 36 W. Guardando la scheda tecnica On-Semi -

Rjc = 1,92 ° C / W max. Temperatura di giunzione massima assoluta = 150 ° C (non supererei 125 ° C)

T = (Rjc + Rcs + Rsa) * Pd

125 = (1,92 + 0,5 + Rsa) * 36

Rsa = 1.05dCC / W (che concorda con il calcolo quando si sottrae Rcs)

Se dai un'occhiata ai fogli dati dei fornitori di dissipatori di calore, puoi avere un'idea delle dimensioni. Acquista http://www.aavidthermalloy.com/

Per calcolare la dissipazione di potenza o i cambiamenti di Rθjc o Rθja in un ambiente dinamico (ad es. Corrente di impulso), non è un processo così semplice. Devi vedere la cosiddetta curva di "risposta termica tipica" fornita dal produttore. Da questa curva è possibile ottenere la "Resistenza termica transitoria" (normalizzata o effettiva Ζθ). Comunque non posso fare i calcoli dettagliati in questo momento. All'incirca, in un ambiente di 35 ° C, se si desidera dissipare 35 W da una custodia TO-3 e mantenere la temperatura del dissipatore di calore a circa 55 ° C utilizzando il raffreddamento naturale, è necessaria una piastra di alluminio grigia, 3 mm di spessore, con un bordo di 16 cm (ad es. 210 gr). Questa piastra deve essere libera di irradiare da entrambi i lati in una disposizione verticale, con il dispositivo di fissaggio stretto montato al centro della piastra. Non dimenticare di includere nei tuoi calcoli la perdita termica causata dal contatto di due metalli. In pratica il 35W è vicino alla massima potenza che puoi dissipare usando piastre metalliche e raffreddamento naturale (ad es. Piastra metallica Al 400 cm2, spessore 5mm, 0,5Kg, in disposizione verticale un lato libero, o 50W entrambi i lati). Al di sopra di questi poteri, devi usare un dissipatore alettato (naturale o forzato), che non è difficile da calcolare e costruire

Questa è la mia strada per il design termico. Non capire mai il concetto di resistenza termica. È pieno di ipotesi !! Tuttavia, se si desidera procedere ai calcoli utilizzando la resistenza termica, è necessario disporre di misure della temperatura effettiva del case in funzione del tempo a pieno carico o mezzo carico.

So che questo è un vecchio thread, ma l'ho scoperto ricercando questo argomento e volevo correggere / aggiungere un paio di cose. La formula per trovare la resistenza termica richiesta del dissipatore di calore fornita da jluciani è sostanzialmente corretta ma manca un termine per la temperatura ambiente (Ta). L'equazione dovrebbe essere:

Tj = (Rjc + Rcs + Rsa) * Pd + Ta

Dove Tj è la temperatura target massima della giunzione. Userò 125 ° C come temperatura massima della giunzione per consentire un margine di sicurezza nel caso in cui la temperatura ambiente superi i 25 ° C standard. Questo da:

125 = (1,92 + 0,5 + Rsa) * 36 +25

Rsa = (125-25) / 36 - 1,92 - 0,5 = 0,3577 ° C / O

La parte successiva per trovare le dimensioni della piastra in alluminio richiesta per raggiungere questa bassa resistenza termica è molto più complicata, ma questo blog https://engineerdog.com/2014/09/09/free-resource-heat-sink-design -made-easy-with-one-equation / fornisce una semplicissima approssimazione approssimativa del pollice data da:

Area = (50 / Rsa) ^ 2 cm2

Sfortunatamente questa formula si applica ai dissipatori di calore passivi con alette e credo che l'autore abbia fatto un refuso e intendesse un'area = 50 × (1 / Rsa) ^ 2. Le pinne fanno la differenza. Dopo aver esaminato i risultati di questo calcolatore online https://www.heatsinkcalculator.com/free-resources/flat-plate-heat-sink-calculator.html e le schede tecniche di una serie di produttori di calore passivo ho fatto un po ' di adattamento alla curva e mi è venuta in mente questa formula del parco palla più completa:

Area = (20 * 1 / (1 + flusso) * 1 / (0,25 + h) * 1 / Rsa) ^ 2 cm2

Dove il flusso è qualsiasi flusso proveniente da una ventola di raffreddamento in cfm e h è l'altezza di eventuali alette.

Per la situazione nell'OP non c'è raffreddamento forzato, quindi flusso = 0 e non ci sono alette, quindi h = 0 e la formula semplifica a:

Area = (80 / Rsa) ^ 2

Dato che richiediamo una resistenza termica <= 0,3577, la dimensione della piastra richiesta per raffreddare il transistor nell'OP è:

Area = (80 / 0.3577) ^ 2

      = (223.6 cm)^2

Questo è probabilmente troppo grande per essere pratico.

Come ha sottolineato Kevin Vermeer, questo particolare transistor in questo servizio non è realmente adatto per il raffreddamento passivo. Tuttavia, è possibile ottenere una drastica riduzione delle dimensioni del dissipatore di calore aggiungendo alette e una ventola di raffreddamento abbastanza modesta, come mostrato nella tabella in fondo a questo link https://www.designworldonline.com/how-to-select-a -Suitable-dissipatore di calore / # _

Rimanendo con una piastra piatta e aggiungendo una ventola di raffreddamento del PC abbastanza buona con un flusso d'aria di 100cfm, la dimensione della piastra potrebbe essere ridotta a:

Area = (80 / (0.3577 * (1 + 100/8))) ^ 2

      =(16.56 cm)^2

L'alluminio estruso può essere acquistato in lunghe strisce con alette e l'utilizzo di una tale piastra alettata con alette da 3 cm e nessuna ventola di raffreddamento richiederebbe una dimensione del dissipatore di calore di:

Area = (20 * 1 / (0,25 + 3) * 1 / 0,3577) ^ 2

      =(17.2 cm)^2

Infine, combinando il raffreddamento forzato di alette da 100 cm e 3 cm si ottiene:

Area = (17.2 / (1 + 100/8)) ^ 2

     =(1.27 cm)^2

Appunti:

Le cadute di pressione e la vicinanza di altri componenti caldi nell'armadio possono ridurre l'efficienza.

L'ingresso di polvere può isolare i dissipatori di calore e causare rallentamenti e guasti nel tempo delle ventole di raffreddamento.

I dissipatori di calore che sono molto più grandi dell'area di contatto del componente stanno raffreddando l'efficienza sciolta a causa della distanza che il calore ha dovuto percorrere per diffondersi alle estremità del dissipatore di calore

Seguire le consuete linee guida per garantire un buon contatto con il componente da raffreddare usando uno strato sottile di un composto di trasferimento di calore adatto tra le superfici di contatto.

I risultati di questa formula per i dissipatori di calore estremamente piccoli o grandi devono essere trattati con sospetto. Ad esempio, nell'ultimo risultato, il raggio della ventola di raffreddamento è molto più grande del dissipatore di calore e quindi la maggior parte del flusso d'aria non scorre in prossimità delle alette e quindi il risultato è sospetto. Altrimenti, è un'approssimazione abbastanza buona.

Probabilmente è meglio aggiungere 25 gradi a qualunque cosa tu pensi sia la temperatura dell'aria ambiente e dedurre un margine di sicurezza di 25 gradi dalla massima temperatura target del componente durante l'esecuzione dei calcoli, solo per essere al sicuro.

Non utilizzare questa formula per progettare il raffreddamento di una centrale nucleare.

C'è un grande articolo di blog che si trova su http://www.heatsinkcalculator.com/blog/how-to-design-a-flat-plate-heat-sink/ che fornisce una spiegazione dettagliata dei calcoli necessari per dimensionare una lastra piana da utilizzare come dissipatore di calore. Forniscono anche i fogli di calcolo con i calcoli, tuttavia dovrai fornire il tuo indirizzo e-mail per ottenere il link per il download.