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Soldagem elétrica. Como calcular o radiador. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Durante a operação de um dispositivo semicondutor, a energia é liberada em seu cristal, o que leva ao aquecimento deste último. Se mais calor for liberado do que dissipado no espaço circundante, a temperatura do cristal aumentará e poderá exceder o máximo permitido. Nesse caso, sua estrutura será destruída de forma irreversível.

Portanto, a confiabilidade dos dispositivos semicondutores é amplamente determinada por eficiência de refrigeração. O mais eficaz é o mecanismo de resfriamento convectivo, no qual o calor é levado pelo fluxo de um refrigerante gasoso ou líquido, lavando a superfície resfriada.

Quanto maior a superfície resfriada, mais eficiente é o resfriamento e, portanto, dispositivos semicondutores poderosos devem ser instalados em radiadores de metal com uma superfície resfriada desenvolvida. O ar ambiente é geralmente usado como meio de transferência de calor.

De acordo com o método de mover o refrigerante, eles distinguem:

• ventilação natural;
• ventilação forçada.

No caso da ventilação natural, a movimentação do refrigerante é realizada devido à tiragem que ocorre próximo ao radiador aquecido. No caso de ventilação forçada, o refrigerante é movimentado por meio de um ventilador. No segundo caso, é possível obter maiores vazões e, conseqüentemente, melhores condições de resfriamento.

Os cálculos térmicos podem ser bastante simplificados se usarmos o modelo de resfriamento térmico (Fig. 18.26). Aqui, a diferença entre a temperatura do cristal T_J e temperatura ambiente T_A causa um fluxo de calor movendo-se do cristal para o ambiente através das resistências térmicas R_JC (cristal - carcaça), R_CS (carcaça - radiador) e R_SA (radiador - ambiente).

Figura 18.26. Modelo de resfriamento térmico

A resistência térmica tem a unidade de °С/W. Resistência térmica máxima total R_JA no site do cristal - o ambiente pode ser encontrado pela fórmula:

onde P_PP - potência dissipada no cristal de um dispositivo semicondutor, W.

Resistência térmica R_JC e R_CS indicado nos dados de referência para dispositivos semicondutores. Por exemplo, de acordo com os dados de referência, para o transistor IRFP250N, sua resistência térmica na seção do radiador de cristal é R_JC + R_CS \u0,7d 0,24 + 0,94 \uXNUMXd XNUMX ° C / W.

Isso significa que, se uma potência de 10 W for dissipada no chip, sua temperatura será 9,4 °C maior que a temperatura do dissipador de calor.

Resistência térmica do dissipador de calor pode ser encontrado pela fórmula:

A metodologia a seguir é baseada nas Diretrizes de Seleção de Radiador de Alumínio Max Clip System™ da AAVID THERMALLOY.

Na fig. 18.27 mostra uma relação gráfica entre o perímetro da seção de um radiador de alumínio e sua resistência térmica para resfriamento de fluxo de ar natural (linha vermelha) e forçado (linha azul).

Por padrão, assume-se que:

• o radiador tem 150 mm de comprimento;
• diferença entre a temperatura do dissipador de calor T_S e temperatura ambiente T_а é igual a ;
• a velocidade do fluxo de resfriamento forçado é de 2 m/s.

Se as condições de resfriamento diferirem daquelas aceitas por padrão, a correção necessária pode ser feita usando os gráficos da Fig. 18.28 - fig. 18.30hXNUMX.

Arroz. 18.27. Relações entre a seção transversal de um radiador de alumínio e sua resistência térmica

Arroz. 18.28. Fator de correção para a diferença entre a temperatura do radiador e do ambiente

Arroz. 18.29. Fator de correção para taxa de fluxo de ar

Arroz. 18.30hXNUMX. Fator de correção para o comprimento do radiador

Por exemplo, vamos calcular um radiador que fornece resfriamento para um transistor ERST, composto por 20 transistores do tipo IRFP250N. O cálculo do radiador pode ser realizado para um transistor e, em seguida, o tamanho resultante pode ser aumentado em um fator de 20.

Como a potência total dissipada no transistor chave é 528 W, a potência dissipada em cada transistor IRFP250N é 528/20 = 26,4 W. O dissipador de calor deve garantir que a temperatura máxima do cristal do transistor não seja superior a +110 °C a uma temperatura ambiente máxima de +40 °C.

Vai encontrar resistência térmica R_JA para um transistor IRFP250N:

Agora vamos encontrar dissipador de calor resistência térmica:

Conhecendo a temperatura máxima do cristal e a resistência térmica na seção do cristal-radiador, determinamos a temperatura máxima do radiador:

De acordo com o gráfico (Fig. 18.28), determinamos o fator de correção Kt para a diferença de temperatura entre o radiador e o ambiente:

Usado para resfriar o radiador ventilador tipo 1,25EV-2,8-6-3270U4, com capacidade de 280 m3/h. Para calcular a vazão, você precisa dividir o desempenho pela seção transversal do duto soprado pelo ventilador.

Se o duto tiver uma área de seção transversal:

então a taxa de fluxo de ar será:

De acordo com o gráfico (Fig. 18.29), determinamos o fator de correção K_v para a velocidade real do fluxo de ar:

Vamos supor que temos um grande número de radiadores prontos com um perímetro de seção de 1050 mm e um comprimento de 80 mm. De acordo com o gráfico (Fig. 18.30), determinamos o fator de correção K_L para o comprimento do radiador:

Para encontrar a correção total, multiplicamos todos os fatores de correção:

Sujeito a alterações, o radiador deve fornecer resistência térmica:

Usando o gráfico (Fig. 18.27), descobrimos que um transistor requer um radiador com um perímetro de seção transversal de 200 mm. Para um grupo de 20 transistores IRFP250N, o radiador deve ter um perímetro de seção transversal de pelo menos 4000 mm. Uma vez que os radiadores disponíveis têm um perímetro de 1050 mm, terão de ser combinados 4 radiadores.

Menos energia é dissipada no diodo ERST, mas por motivos de projeto, um radiador semelhante pode ser usado para isso.

Freqüentemente, os fabricantes de refrigeradores indicam a área da superfície do radiador, e não o perímetro e o comprimento.

Para obter a área do radiador a partir do método proposto, basta multiplicar o comprimento do radiador pelo seu perímetro S_P = 400 x 8 = 3200 cm2.

Autor: Koryakin-Chernyak S.L.

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