Výpočet teploty chladiča
Výkonové komponenty majú jasne danú svoju maximálnu teplotu, ktorá sa nesmie prekročiť, aby nedošlo k ich poškodeniu, alebo zariadenia v ktorom sú osadené. Komponenty sú zapuzdrené v púzdrach, ktoré majú rôzne úrovne tepelného odporu. Pri navrhovaní výkonovej elektroniky sa musí analyzovať rozptyl tepla zariadenia spolu s prípadnými chladičmi, ako aj maximálny výkon rozptýlený zariadením, aby sa zabezpečilo, že zariadenie bude pracovať v rámci prípustných špecifikovaných limitov.
Táto kalkulačka a návod vypočítava teplotu spoja zariadenia výkonovej elektroniky vzhľadom na maximálnu teplotu okolia a tepelný odpor chladiča. Kalkulačka vám zároveň aj oznámi, či by mohla byť prekročená maximálna teplota spoja pri danom výkone, a rovnako vám povie maximálny výkon, ktorý zariadenie zvládne pri danom maximálnom výkone.
Pre automobilové aplikácie použite teplotu okolia 80 °C. Pre maximálnu teplotu spoja je bežná hodnota 150 °C, ale pre istotu si overte údajový list preverovaného komponentu. Tepelný odpor medzi prechodom a puzdrom sa líši podľa púzdra, bežné hodnoty nájdete v tabuľke nižšie. Pre pole tepelného odporu 1 to môže byť tepelný odpor puzdra voči teplote okolia, ak nie je použitý chladič, alebo ak je použitý chladič, je to tepelný odpor chladiča. Druhé pole tepelného odporu sa zvyčajne nepoužíva. Pri výbere chladičov chcete čo najmenší tepelný odpor, čo znamená, že teplo sa bude ľahšie odvádzať.
Pri súčiastkach pre povrchovú montáž (SMT), kde sa ako chladič používa meď na doske plošných spojov, sa pri 1 unci medi rozptyl tepla asymptoticky blíži k 1 štvorcovému palcu, inými slovami, mať chladič na doske plošných spojov väčší ako 1 palec vám neprinesie nič dobré. Existuje niekoľko trikov, ktoré môžu pomôcť, napríklad umiestnenie priechodiek do podložky, aby sa teplo prenášalo aj do spodnej vrstvy. Je tiež možné použiť chladiče pre povrchovú montáž.
Vzorec výpočtu
TJ = P (Rcase + R1 + R2) + Ta
- Teplota spoja - teplota spoja pri danom výkone
- Teplota okolia - teplota okolitého vzduchu
- Výkon - výkon rozptýlený v zariadení
- Odolnosť spoje voči puzdru - tepelný odpor od spoje k puzdru (RthJC)
- Odpor puzdro - chladič - tepelný odpor od puzdra k chladiču (RthCS) (vrátane materiálu tepelného rozhrania)
- Odpor chladič - okolie - tepelný odpor od chladiča k okoliu (RthSA) (výkon chladiča)
Typické hodnoty tepelného odporu pre rôzne púzdra
| Typ púzdra | Spojenie s puzdrom (°C / Watt) | Spojenie so vzduchom (°C / Watt) |
|---|---|---|
| TO-3 | 5 | 60 |
| TO-39 | 12 | 140 |
| TO-220 | 3 | 62.5 |
| TO-220FB | 3 | 50 |
| TO-223 | 30.6 | 53 |
| TO-252 | 5 | 92 |
| TO-263 | 23.5 | 50 |
| D2PAK | 4 | 35 |
Tepelný odpor pre meď na PCB
| Chladič | Tepelný odpor (°C / Watt) |
|---|---|
| 1 cm2 na 28.3g PCB medi | 43 |
| .5 cm2 na 28.3g PCB medi | 50 |
| .3 cm2 na 28.3g PCB medi | 56 |
| Aavid Thermalloy, SMT chladič: PN:573400D00010 | 14 |
