というようなパラメータがあります 熱抵抗。 1 Wの電力が放出された場合に物体が何度加熱されるかを示します。 残念ながら、このパラメータはトランジスタの参考書にはほとんど記載されていません。 たとえば、TO-5 パッケージのトランジスタの熱抵抗は 1 W あたり 220°C です。 これは、トランジスタで 1 W の電力が放出されると、220 °C まで発熱することを意味します。 加熱が 100°C 以下、たとえば相対温度 80°C まで許可される場合 室温とすると、トランジスタに割り当てられる電力は 80/220 = 0.36 W 以下であることがわかります。 将来的には、トランジスタまたはサイリスタの加熱は 80°C 以下であれば許容されると考えられます。
ヒートシンクの熱抵抗を計算するための大まかな公式があります Q = 50/VS °C/W、(1) ここで、S はヒートシンクの表面積であり、次のように表されます。 平方センチメートル。 ここから、表面積は式 S = 2 を使用して計算できます。
例として、図に示す構造の熱抵抗の計算を考えてみましょう。 ヒートシンクの設計は、パッケージ内に組み立てられた 5 枚のアルミニウム プレートで構成されています。 W = 20 cm、D = 10 cm、高さ（図には示されていません）が 12 cm であると仮定すると、各「突起」の面積は 10x12 = 120 cm2、両側 240 cm2 を考慮します。 10個の「突起」の面積は2400cm2、プレートの2辺×20×12＝480cm2です。 合計すると、S=2880 cm2 となります。 式(1)を使用して、Q=0.93℃/Wを計算します。 80°C の許容可能な加熱では、80/0.93 = 90 W の電力損失が得られます。
では逆の計算をしてみましょう。
出力電圧 12 V、電流 10 A の電源が必要だとします。整流器の後は 17 V になるため、トランジスタの両端の電圧降下は 5 V となり、これはトランジスタの電力が 50 W になることを意味します。 許容可能な加熱温度が 80°C であれば、必要な熱抵抗 Q=80/50=1.6°C/W が得られます。 次に、式 (2) を使用して、S = 1000 cm2 を決定します。
文学
コンストラクター No.4/2000
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ラジエーター用 半導体デバイス
高出力半導体デバイスは動作中、一定量の熱を環境中に放出します。 冷却に注意しないと、動作中の水晶の過熱によりトランジスタやダイオードが故障する可能性があります。 トランジスタ (およびダイオード) の熱状態を正常に保つことは、重要なタスクの 1 つです。 のために 正しい決断この作業を行うには、ラジエーターの動作とその技術的に適切な設計を理解する必要があります。
ご存知のとおり、加熱された物体は冷却されると環境に熱を放出します。 トランジスタ内で放出される熱量が環境に放出される熱量よりも多い限り、トランジスタ本体の温度は上昇し続けます。 特定の値では、いわゆる熱平衡が発生します。つまり、放散される熱量と放出される熱量が等しくなります。 サーマルバランス温度がトランジスタの最大許容温度より低い場合、トランジスタは確実に動作します。 この温度が許容最大温度より高い場合、トランジスタは故障します。 より低い温度で熱平衡が起こるようにするには、トランジスタの熱伝達を高める必要があります。
熱伝達には、熱伝導、放射、対流の 3 つの方法が知られています。 空気の熱伝導率は通常低いため、ラジエーターを計算する際にはこの値は無視できます。 放射によって放散される熱の割合は高温（摂氏数百度）でのみ重要であるため、トランジスタの比較的低い動作温度（60〜80度以下）ではこの値も無視できます。 対流は、空気と体の間の温度差によって引き起こされる、加熱された体のゾーン内の空気の動きです。 加熱された物体から放出される熱量は、物体と空気の温度差、表面積、速度に比例します。 気流、体を洗います。
幼い頃出会った 独自のソリューション強力な出力トランジスタからの熱の除去。 長い配線上のトランジスタ (当時はアンプの構築に P210 タイプのトランジスタが使用されていました) はハウジングの外側に配置されていました。 水の入った2つのプラスチック瓶がケースにねじ込まれており、その中にトランジスタが入っていました。 このようにして、効果的な「水」冷却が確保されました。 瓶の中の水が熱くなったら、それを冷たい水に置き換えるだけです...水の代わりに、ミネラル（液体）またはミネラル（液体）を使用することもできます。 変圧器油...今、業界は、車のラジエーターの原理に基づいて、コンピューターのプロセッサーやビデオカード用の水冷システムを大量生産し始めています（しかし、これは私の意見では、風変わりです...）。
半導体結晶からの熱を効果的に除去するために、ヒートシンク (ラジエーター) が使用されます。 ラジエーターの設計のいくつかを見てみましょう。
以下の図は 4 種類のヒートシンクを示しています。
最も単純なものはプレートラジエーターです。 その表面積は、2 つの側面の面積の合計に等しくなります。 このようなヒートシンクの理想的な形状は円形であり、次に正方形、長方形が続きます。 電力損失を低く抑えるために、プレート ラジエーターを使用することをお勧めします。 このようなラジエーターは垂直に設置する必要があります。そうしないと、有効放熱面積が減少します。
改良されたプレート ヒート シンクは、異なる方向に曲げられた複数のプレートのセットです。 このラジエーターは、最も単純なプレートと同じ表面積を持ち、寸法が小さくなります。 このヒートシンクは、プレート ヒートシンクと同様に取り付けられます。 プレートの数は必要な表面に応じて異なります。 このようなラジエーターの放熱面積は、プレートのすべての湾曲部分の面積の合計に中央部分の表面積を加えたものに等しくなります。 このタイプのラジエーターには、すべてのプレートからの熱除去効率が低下すること、およびプレートの接合部で完全に真っ直ぐな表面を得ることが不可能であるという欠点もあります。
プレートラジエーターを作成するには、少なくとも 1.5 (できれば 3) ミリメートルの厚さのプレートを使用する必要があります。
フィン付きラジエーター (通常は固体鋳造またはフライス加工) には、片面フィンまたは両面フィンを付けることができます。 両面フィンにより表面積が増加します。 このようなヒートシンクの表面積は、すべてのプレートの表面積の合計とラジエーター本体の表面積の合計に等しくなります。
これらすべての中で最も効果的なのは、ピン (またはニードル) ラジエーターです。 で 最小音量このようなラジエーターは最大の有効放熱面積を持っています。 このようなヒートシンクの表面積は、各ピンの面積と本体の面積の合計に等しくなります。
強制空気供給を備えたヒートシンクもあります (コンピュータのプロセッサ クーラーがその例です)。 これらのヒートシンクは、ラジエーターの表面積が小さいため、環境に大量の電力を放散することができます（たとえば、中速プロセッサ R-1000 は、負荷に応じて 30 ～ 70 ワットの熱エネルギーを放出します）。 。 このようなヒートシンクの欠点は、動作中の騒音の増加と耐用年数の制限 (ファンの機械的磨耗) です。
ラジエーターの材質は通常アルミニウムとその合金です。 銅製のヒートシンクは効率が最も優れていますが、そのようなラジエーターの重量とコストはアルミニウム製のラジエーターよりも高くなります。
半導体デバイスは特殊なフランジを使用してヒートシンクに取り付けられます。 デバイスをラジエーターから隔離する必要がある場合は、さまざまな絶縁ガスケットが使用されます。 スペーサーを使用すると結晶からの熱伝達効率が低下するため、可能であればヒートシンクを構造のシャーシから隔離することをお勧めします。 より効率的に熱を放散するには、半導体デバイスと接触する表面が平坦で滑らかである必要があります。 効率を高めるために、特殊なサーマルペースト（KPT-8など）が使用されます。 サーマルペーストを使用すると、「ケース - ヒートシンク」セクションの熱抵抗が減少し、クリスタルの温度をわずかに下げることができます。 ガスケットとしてはマイカ、各種プラスチックフィルム、セラミックスなどが使用されます。 かつて、私はトランジスタのハウジングをヒートシンクから絶縁する方法に関する著者の証明書を受け取りました。 この方法の本質は次のとおりです。 ヒートシンクの表面は放熱ペースト (KPT-8 タイプなど) の薄い層で覆われ、ペーストの表面に層が塗布されます (注入法により)。 珪砂（私はヒューズの砂を使いました）その後余分な砂を振り落として絶縁材のクランプでトランジスタをしっかりと押さえつけます。 この方法の工場でのテスト中、「ガスケット」は 1000 ボルト (メガメーターからの) の短期間の電圧供給に耐えました。
ある外国人 強力なトランジスタ絶縁ハウジング内で製造されます。このようなトランジスタは、ガスケットを使用せずにヒートシンクに直接取り付けることができます (ただし、サーマルペーストの使用が除外されるわけではありません!)。
トランジスターラジエーター環境システムの熱源は次のとおりです。 コレクターP-N遷移。 このシステムの熱経路全体は、接合部 - トランジスタ本体、トランジスタ本体 - ヒートシンク、ヒートシンク - 環境の 3 つのセクションに分割できます。 接合部、トランジスタ本体、およびトランジスタの熱伝導温度が理想的ではないため、 環境大きく異なります。 これは、熱がその経路に沿って熱抵抗と呼ばれる何らかの抵抗に遭遇するために発生します。 この抵抗は、領域の境界における温度差と消費電力の比に等しくなります。 これは例で説明できます。参考書によれば、トランジスタ P214 の接合ボディの熱抵抗は 1 ワットあたり摂氏 4 度です。 これは、トランジションでの電力損失が 10 ワットの場合、トランジションはケースよりも 4*10=40 度「暖かく」なるということを意味します。 最大ジャンクション温度が 85 度であるという事実を考慮すると、指定された電力でのケース温度が 85-40 = 45 度を超えてはいけないことが明らかになります。 ラジエーターの熱抵抗の存在が、トランジスタの設置場所からの距離が異なると、ラジエーターのセクションの温度に大きな違いが生じる理由です。 これは、ラジエーターの表面全体が積極的な熱伝達に関与するのではなく、最も温度が高く、したがって空気によって最もよく洗浄される表面の一部のみが関与することを意味します。 この部分をラジエーターの有効面といいます。 ラジエーターの熱伝導率は高くなるほど大きくなります。 ラジエーターの熱伝導率は、ヒートシンクを構成する材料の特性とその厚さに依存します。 そのため、ヒートシンクの製造には銅やアルミニウムが使用されます。
ラジエーターの完全な計算は、非常に手間のかかるプロセスです。 大まかな計算には、次のデータを使用できます。 半導体デバイスによって生成される 1 ワットの熱を放散するには、30 平方センチメートルのヒートシンク面積を使用するだけで十分です。
|
ダイオードの名称 |
最大。 温度 環境 環境 |
ラジエーターエリア |
|
|
KD202A、KD202V |
ラジエーターなし |
||
|
KD202D、KD202Zh |
|||
|
KD202K、KD202M |
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KD202B、KD202G |
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KD202E、KD202I |
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KD202L、KD202N |
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雑誌「Radioamator-Constructor」に、ラジエーターの簡略化された計算方法に関する未知の著者による記事が掲載されました。 。
文学
= ([ホットスポットの温度、grC] - [低温点の温度、grC]) / [許容損失、W]
これは、熱い点から冷たい点への流れがある場合を意味します。 熱出力 X W、熱抵抗が Y grC / W であれば、温度差は X * Y grC となります。
パワー素子の冷却計算式
電子パワー素子の熱除去を計算する場合、同じことは次のように定式化できます。
[パワー素子の結晶温度、grC] = [周囲温度、grC] + [許容損失、W] *
どこ [ 総熱抵抗、grC / W] = + [ケースとラジエター間の熱抵抗、grC / W] + (ラジエーター付きの場合)、
または [ 総熱抵抗、grC / W] = [クリスタルとケース間の熱抵抗、grC / W] + [ハウジングと環境間の熱抵抗、grC / W】（ラジエター無しの場合）。
計算の結果、参考書に指定されている最大許容値を下回るような結晶温度を取得する必要があります。
計算用のデータはどこで入手できますか?
ダイとケース間の熱抵抗のために パワーエレメント参考書によく載っています。 そして、次のように指定されます。
参考書に測定単位 K/W または K/W が含まれているという事実に混乱しないでください。 これは、この値がワットあたりのケルビンで与えられ、W あたりの grZ で与えられるとまったく同じになることを意味します。つまり、X K/W = X grZ/W となります。
通常、参考書では、技術的な変動を考慮して、この値の可能な最大値が示されています。 最悪の場合を想定して計算を実行する必要があるため、これが必要になります。 たとえば、SPW11N80C3 パワー電界効果トランジスタの水晶と本体間の最大可能熱抵抗は 0.8 GHz/W です。
ケースとヒートシンク間の熱抵抗住宅の種類によって異なります。 一般的な最大値を表に示します。
| TO-3 | 1.56 |
| TO-3P | 1.00 |
| TO-218 | 1.00 |
| TO-218FP | 3.20 |
| TO-220 | 4.10 |
| TO-225 | 10.00 |
| TO-247 | 1.00 |
| DPパック | 8.33 |
絶縁ガスケット。私たちの経験では、絶縁ガスケットを正しく選択して取り付けると、熱抵抗が 2 倍になります。
ケース/ヒートシンクと環境間の熱抵抗。 この熱抵抗は、ほとんどのデバイスで許容できる精度で非常に簡単に計算できます。
[熱抵抗、grC / W] = [120、(grC * 平方センチメートル) / W] / [ラジエーターまたは要素本体の金属部分の面積、平方メートル。 cm].
この計算は、エレメントとラジエーターが何も作成せずに設置される条件に適しています。 特別な条件自然（対流）または人工の空気流用。 係数自体は私たちの実際の経験から選択されました。
ほとんどのラジエーターの仕様には、ラジエーターと環境間の熱抵抗が含まれています。 したがって、計算ではこの値を使用する必要があります。 この値は、ラジエーターに関する表形式のデータが見つからない場合にのみ計算する必要があります。 私たちは開発サンプルを組み立てる際に中古ラジエーターを使用することが多いため、この計算式は非常に役に立ちます。
接点から熱を奪う場合 プリント回路基板、接触面積も計算に使用できます。
電子素子（通常は比較的低電力のダイオードやツェナーダイオード）の端子から熱が放散される場合、端子面積は端子の直径と長さに基づいて計算されます。
[ターミナルエリア、平方メートル cm。] = 円周率 * ([ 右リードの長さ、cm。] * [右端子の直径、cm。] + [左リードの長さ、cm。] * [左端子の直径、cm。])
放熱器なしのツェナーダイオードからの熱除去の計算例
ツェナー ダイオードに直径 1 mm、長さ 1 cm の 2 つの端子があり、0.5 W が消費されるとします。 それから：
ターミナル面積は約0.6平方メートルとなる。 cm。
ケース（端子）と環境間の熱抵抗は、120 / 0.6 = 200 となります。
この場合、クリスタルとケース (端子) の間の熱抵抗は 200 よりはるかに小さいため、無視できます。
デバイスが動作する最高温度が 40 grC であると仮定します。 この場合、結晶温度 = 40 + 200 * 0.5 = 140 grC となり、これはほとんどのツェナー ダイオードで許容可能です。
ヒートシンク～ラジエーターのオンライン計算
プレートラジエーターの場合は、プレートの両側の面積を計算する必要があることに注意してください。 放熱に使用される PCB トレースの場合、もう一方の面は環境と接触していないため、片面のみを採取する必要があります。 針ラジエーターの場合、1 本の針の面積を概算し、この面積に針の数を掛ける必要があります。
ラジエーターなしでの熱除去のオンライン計算
1 つのラジエーターに複数の要素が搭載されています。
1 つのヒートシンクに複数の要素が取り付けられている場合、計算は次のようになります。 まず、次の式を使用してラジエーターの温度を計算します。
[ラジエター温度、grC] = [周囲温度、grC] + [ラジエーターと環境の間の熱抵抗、grC / W] * [総電力、W]
[結晶温度、grC] = [ラジエター温度、grC] + ([結晶と素子本体間の熱抵抗 grC / W] + [素体と放熱器間の熱抵抗 grC / W]) * [要素によって消費される電力、W]
まず、定電流での放熱データに基づいてラジエーターを計算する単純なケースです。
たとえば、MOSFET IRLR024N のラジエーターの計算を見てみましょう。
この例では、MOSFET がオンになっていて、 長い間フルオープン状態です。 たとえば、スイッチングは 1 Hz の周波数でのみ実行されます。
データシートでは、熱抵抗パラメータ、Junction-to-Case (接合部-ケース間抵抗)、Junction-to-Ambient (PCB mount) (1 平方インチの銅フィルに実装された場合の接合部-周囲間抵抗) に興味があります。ボード上）、ジャンクションからアンビエント（身体-環境）まで。
RθJC = 3.3K/W
RθJApcb= 50K/W
RθJA = 110K/W
(違いについて話しているので、ケルビンと摂氏は重要ではありません)。
110 K/W という数字は、1W の電力出力で、 外部環境遷移は 110 度になります。 たとえば、身体と空気の界面が 40 度の場合、トランジスタ内部の接合温度は 40 + 110 = 150 度であることを意味します。 2Wを放すと内部は40+110*2=260度になります。
ゲート電圧が 3.3V であると仮定します。 そして電流は3Aになります。 「代表的な伝達特性」グラフから、電圧 3.5V で電流が 8A であることがわかります。 それらの。 抵抗は0.4375オームです。 同時に、「正規化オン抵抗対オン抵抗」のグラフを見てください。 温度」を確認すると、90 度では抵抗が 1.5 倍に増加することがわかります。
設計上、90 度までの加熱が可能であり、抵抗は 0.4375 * 1.5 = 0.6563 オームであると考えられます。
トランジスタの損失は P=I^2*R=3*3*0.6563=5.9067 = 6 W となることがわかります。
トランジスタは、気温が最大 30 度になる環境で動作すると想定されています (周囲の空気が加熱されるため、これは非常に楽観的です)。
つまり、温度マージンは90-30=60度となります。 最大合計熱抵抗は (90-30)/6W=10 K/W であることがわかります。
同時に、ジャンクションハウジング抵抗はすでに 3.3 K/W を消費しています。 残りは 8.3 K/W です。
ラジエターはシリコン接着剤を使用して取り付けます。 接着剤が HC910 であると仮定しましょう。 導電率は 1.7 W/m*K です。
接着面積は0.25d*0.24d=0.01m*0.009m=0.0000054平方メートルとなります。
塗布層の厚さは０．０００１μｍ（０．１ｍｍ）である。 この評価は、同様の接着剤の文書によって確認されています。
接着層の熱抵抗は=厚さ/(面積*導電率)=0.53K/Wです。
これにより、ラジエーター自体に 7.77 K/W が残ります。 どこかのお店で選んでいます。
そしてかなり大きなラジエターになります。 普通のお金で約10x10x5cm。
さて、質問を解決しましょう。どれですか? 許容電流、ラジエーターをまったく使わずに行うことができます。
トランジスタが1平方メートルの面積のボード上のパッドにはんだ付けされる場合のオプションを考えてみましょう。 インチ。 RθJApcb= 50K/W。 デバイス全体がボックス内で動作し、その中の空気が他のコンポーネントとこの MOSFET によって最大 50 度まで加熱される可能性があると仮定します。 選択したトランジスタの加熱限界は 175 度です。 ただし、最大値は 125 とします。その場合、最大許容電力は (125K-50K) / 50K/W = 1.5 W となります。
パッドにはんだ付けされていない場合、RθJA = 110 K/W となり、最大電力 (125K-50K) / 110K/W = 0.6 W が得られます。
ここで示すケースの計算は、ラジエーターの場合よりも現実的です。 ただし、デバイスが次の環境で動作する必要がある場合は、 さまざまな条件の場合、高さの低減係数が必要になります。 たとえば、標高 2000m の係数は 0.8 (つまり、0.6W ではなく 0.5W)、標高 3500m の係数は 0.75 です。
125 度の場合、Rds(on) は 20 度の場合、1.75 * Rds(on) になります。 0.4375 * 1.75=0.765625 オーム。 P=I^2*R => I=SQRT(P/R)
ボード上のパッドにはんだ付けすると、最大電流は Imax=root(1.5/0.765625)=1.4A パッドなしの場合 Imax=root(0.6/0.765625)=0.9A になることがわかります。
パート 2: PWM を使用した MOSFET の放熱の計算
次に、PWMを使用した場合の消費電力を計算してみましょう。 ゲートへの PWM 信号がマイクロコントローラーから直接来るようにします。 最大電流 25mA。 PWM 中には、ゲートのオープン、ハイ レベル、ゲートのクローズ、ロー レベルの 4 つのフェーズがあります。 熱は低レベルを除くすべての段階で放出されます。 その間 上級いつものように、power は U*I に等しくなります。 ゲート開放フェーズの電力は、ゲート容量とドライバ電流に依存する開放時間に依存します。 この例では、周波数を 240Hz とします。 係数。 詰め物：0.5。 電流3A。 これをLED制御とし、トランジスタを横からオンにします。 共通線。 電源電圧は5V。
すべてのフェーズでの損失を理論的に正確に計算できれば十分です 難しい仕事パラメータと計算結果は相互に依存しており、基板内でプロセスが発生しているためです。 しかし実際には、そのような正確さや理論への忠実さは必要ありません。 開閉段階における損失の大まかな推定値があり、熱放散の計算に使用できる実用的な数値が得られます。 この方法は効率（効率）の計算には適していません。
最初の部分でハイレベルフェーズ (全開フェーズ) での損失を計算しましたが、そこには複雑なことは何もありません。 閉じたり開いたりすると、次のようになります。 重要な見た目負荷: 抵抗性または誘導性。
スイッチング損失は、スイッチングプロセス中にトランジスタに大電流と高電圧が流れるために発生します。 このプロセスの理想的な形式を採用し、実際の熱放出の計算に適した精度で損失を計算することが可能です。
抵抗負荷の場合
Psw=1/2 * Fs *Vds * Id * tsw
誘導用
Psw=1/6 * Fs *Vds * Id * tsw
どこ
Fs周波数
Vds – ドレイン・ソース間電圧 (閉)
Id - トランジスタを通過する電流 (オープン状態)
tsw - スイッチング時間
第一近似として、スイッチング時間はゲート充電とゲート・ソース間電圧のグラフから計算できます。
スケジュールに従って 3.3V の電圧では、充電は 4nC 以下になります。
tsw= ゲート電荷/ドライバ電流 =4nC/0.025A=160.4ns
私たちは、閉じるプロセスと開くプロセスを対称的であると考えます。 次に、たとえば抵抗負荷の合計スイッチング損失は次のようになります。
Psw=1/2 * Fs * Vds * Id *tsw= 1/2 * 240* 20*3*160ns=1 mW
オン状態時間はスイッチング時間よりもはるかに長いため、スイッチング時間を無視します (高周波の場合は当てはまりません)。 この場合、導通段階の損失は D*I^2* Rds(on) に等しくなります。ここで、D は係数です。 充填
Pcond=0.5*3*3* 0.6563 = 2.95 W
スイッチング損失は、欠相での損失と比較して無視できるほど小さいことがわかります。
Voff – MOSFETがオフになったときのドレイン-ソース電圧
、5V Fs – スイッチング周波数、240 Hz
計算してみましょう
Psw2=(130*10-12)*5^2*240=0.78μW
それらの。 メインのスイッチング損失よりも 3 桁小さい。 また、スイッチング損失は伝導損失よりも 3 桁も小さくなります。
楽しみのために、周波数 2 MHz、D = 0.8、そして 20 A での損失を計算してみましょう。
Psw=10.6W
Pcond=210W
Psw2=0.78μW
このような条件下でも、スイッチング損失は導通損失よりも一桁小さいことがわかります。 それらの。 210W のヒートシンクを探している場合、追加の 10W は、必ず確保すべきエンジニアリング マージン (約 20%) に収まります。
さらに、Psw が同じままの場合、D=0.99、Pcond=260 W という極端なケースを計算する必要があります。
上記の式から、興味深い結論を導き出すことができます。
- スイッチング損失を低減するには、スイッチング時間を短縮する必要があります。 これを行うには、ゲートに大電流を供給できる強力なドライバが必要です。
- ゲート電流が低いと、スイッチング速度が制限されます。 この例では、オン時間とオフ時間は約 160 ns でした。 それらの。 シャッターを開閉するだけの場合でも、最小周期は 320 ns になります。 25 mA のドライバ電流でゲートを開閉できる最大周波数は約 3 MHz になります。
- 損失に対する周波数の寄与は線形であり、スイッチング損失の全体的な寄与は重要ではありません。
- 最大 1 MHz の周波数および最大 20 A の電流では、スイッチング損失の寄与は総損失の 1 ～ 2% であり、無視しても問題ありません。 この場合、MOSFET の損失は単純に Iout^2*Rdn(on)*D として計算できます。
- 制御信号の出力インピーダンスとゲート容量は、周波数 1/Rout*Cgs のローパス フィルターです (Cgs=Ciss-Crss)。ただし、適切な場合の実際の値から、これは数百 MHz になります。少なくとも。
熱放散に関してはほぼ同じ結果が得られますが、効率の計算に関しては正確である、より複雑な計算を含む追加の読み取り値。
すぐに言っておきますが、冷却ラジエーターを計算するための科学に基づいた方法論はありません。 このテーマに関して複数の論文やモノグラフを書くことができます (そして多くの論文が書かれています)。ただし、冷却フィンまたはロッドの構成を変更する場合は、ラジエーターを垂直ではなく水平に配置し、他の面をラジエーターに近づけます。下から、上から、横から、すべてが変わり、時には劇的に変わります。 そのため、マイクロプロセッサやビデオカード用プロセッサのメーカーは、リスクを負うことを好まず、ファン付きのラジエーターを製品に供給することを好みます。たとえ弱くても、強制空気流により熱除去効率が数十倍向上します。はまったく必要ありません（しかし、彼らは「足りないものは安全側にいたほうが良い」という法則に従って行動し、それは当然のことです）。 ここでは、実際に実証されており、このようなアンプやアナログ電源のパッシブ (つまり、エアフローなし) ラジエーターの計算に適した経験的な方法をいくつか紹介します。これについては次の章で説明します。
米。 8.4. 一般的なプレートラジエーター
まず、ラジエーターの形状に基づいてラジエーターの面積を計算する方法を見てみましょう。 図では、 図 8.4 は、典型的なプレートラジエーターを概略的に示しています。 面積を計算するには、リブ（両側）の合計面積をベースの面積に追加する必要があります。 ラジエーターの底面がボードに押し付けられている場合は、ベースの片側だけが機能していると考える方が良いですが、（よくあることですが）ラジエーターが空中に「ぶら下がっている」と仮定します。基本ダブルスの：Socn-'^-LyLi。 1 つのリブの面積 (両側も) Sp = 2-Lyh ですが、この値にリブの側面も追加する必要があります。その面積は SQoK = 2’hd に等しくなります。 フィンは6枚しかないので、ラジエーターの総面積はS = Soctt + 6-5r + b-b'sideとなります。 L1 = 3 cm、I2 = 5 cm、L = 3 cm、5 = 0.2 cmとすると、このようなラジエーターの総面積は145 cm^になります。 もちろん、これは概算の計算です (MC はベースの側面などを考慮していません) が、今回の目的では精度は必要ありません。
ここでは、表面積に応じた電力損失を計算するための 2 つの経験的方法を示します。ここでは特別な科学的計算は見られないため、あまり厳しく判断しないでください。
最初の最も単純な方法: 冷却ラジエーターの面積は、放出される電力のワットごとに Yusm^ でなければなりません。 そこで、図に示すラジエーターです。 サイズが 8.4 であるため、この規則によれば、アンプの直下である程度の余裕を持って 14.5 W の電力を消費できます。 ケースのサイズが気にならない場合は、この大まかな計算に簡単に制限できます。
米。 8.5。 有効熱伝達率 フィン付きラジエーター異なるフィンの長さでの自由対流条件下: 1 - /7 = 32 mm。 2 - /7 = 20 mm; 3-/7=12.5mm
ラジエーターの熱出力を見積もるには、式 Zh = azff-e.5 を使用できます。ここで、
W - ラジエーターによって消費される電力、W;
Aeff は有効熱伝達係数 W/m^°C です (図 8.5 のグラフを参照)。
0 - 放熱面の過熱量、°C、Q = Т^-Tq^ (Гс - ラジエーター表面の平均温度、Гс - 周囲温度);
S- 総面積ラジエーター伝熱面、m1
この式の面積は に置き換えられることに注意してください。 平方メートル、センチメートルではありません。
それでは、始めましょう。まず、目的の表面過熱を設定し、大きすぎない値 (30 °C に等しい) を選択します。 大まかに言うと、周囲温度が 30 °C の場合、ラジエーターの表面温度は 60 °C になると想定できます。 ラジエーターの温度と、良好な熱接触（後述）を備えたトランジスタまたはマイクロ回路の結晶の温度との差が約 5 °C である可能性があることを考慮すると、これはほとんどすべての半導体デバイスで許容可能です。 リブの高さ h は 30 mm なので、図のグラフの上の曲線を使用します。 8.5 より、熱伝達係数は約 50 W/m^°C であることがわかります。 計算後、W = 22 W であることがわかります。 最も単純なルールによると、以前は 14.5 W を受け取りました。つまり、より多くを費やした後です。 正確な計算、面積をわずかに減らすことができ、それによってケース内のスペースを節約できます。 ただし、繰り返しますが、その場所が私たちにプレッシャーを与えない場合は、常に予備を持っておく方が良いです。
ラジエターは垂直に配置し、フィンも垂直に配置し（写真のように）、表面を黒く塗装する必要があります。 これらの計算はすべて非常に近似的なものであり、ラジエーターを垂直ではなく水平に配置したり、ラジエーターにプレートフィンの代わりにニードルフィンを装備したりすると、方法論自体が変わる可能性があることをもう一度思い出していただきたいと思います。 さらに、ここでは水晶ケースとケースとラジエーターの転移の熱抵抗は考慮していません（単に温度差が 5 °C であると仮定しています）。
ただし、これらの方法は真実に対して適切な近似を与えますが、良好な熱接触が確保されていない場合、すべての計算が無駄になる可能性があります。 もちろん、ネジでトランジスタをラジエーターにしっかりと押し付けることもできますが、圧力がかかる部分のラジエーターの表面が完全に平らでよく磨かれている場合に限ります。 実際には、このようなことは決して起こらないため、圧力点にあるラジエーターは特殊な熱伝導性ペーストで潤滑されます。 それは店で購入することができ、時にはそのようなペーストのチューブがマイクロプロセッサーの「クーラー」に適用されることもあります。 薄くて均一な層で潤滑する必要がありますが、量をやりすぎないでください。 2 つのデバイスが 1 つのラジエーターに配置され、そのコレクターの電圧が異なる場合は、ハウジングの下に絶縁ガスケットを置き、取り付けネジの下に絶縁プラスチックワッシャーを置き、ネジ自体に絶縁キャンブリックチューブを置く必要があります、穴の位置でのラジエーターの厚さに等しい長さ(図8.6)。
米。 8.6. 絶縁する必要がある場合は、TO-220 ハウジング内のトランジスタをラジエーターに固定します。 1 - ラジエーター。 2 -- ラジエーターの穴。 3 - 絶縁ワッシャー。 4 - 締め付けネジ。 5 - ナット; 6 - 絶縁チューブ; 7 - マイカガスケット; 8 - トランジスタハウジングのプラスチック部分。 9 - トランジスタハウジングの金属部分。 10 - トランジスタ端子
最も便利な絶縁ガスケットはマイカです。陽極酸化アルミニウムで作られたガスケットは非常に優れています (ただし、絶縁酸化物の薄い層を傷つけないように注意深く観察する必要があります)。また、セラミック (ただし、非常に壊れやすく、ひび割れする可能性があります) で作られたガスケットも便利です。強く押しすぎると）。 ちなみに、ブランドのガスケットがない場合は、破れないように薄いフッ素樹脂（もちろんポリエチレンではありません！）フィルムを使用できます。 ガスケットに取り付けると、熱伝導ペーストがトランジスタとラジエーターの両方の表面に薄い層で塗布されます。
