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電気溶接。 ラジエーターの計算方法。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

無線電子工学と電気工学の百科事典 / 溶接装置

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半導体デバイスの動作中、その結晶内で電力が放出され、結晶の加熱につながります。 周囲の空間で放散される熱よりも多くの熱が放出されると、結晶の温度が上昇し、最大許容値を超える可能性があります。 この場合、その構造は不可逆的に破壊されます。

したがって、半導体デバイスの信頼性は主に次の条件によって決まります。 冷却効率。 最も効果的なのは対流冷却メカニズムです。このメカニズムでは、気体または液体の冷却剤の流れによって熱が運び去られ、冷却された表面が洗浄されます。

冷却面が大きいほど冷却効率が高くなるため、強力な半導体デバイスは冷却面が発達した金属ラジエーターに取り付ける必要があります。 通常、周囲空気が熱媒体として使用されます。

クーラントの移動方法によると、彼らは区別します:

• 自然換気;
• 強制換気。

自然換気の場合、冷却剤の移動は、加熱されたラジエターの近くで発生するドラフトによって行われます。 強制換気の場合、冷却剤はファンによって移動されます。 XNUMX 番目のケースでは、より高い流量を得ることができ、それに応じてより良い冷却条件を得ることができます。

熱冷却モデル (図 18.26) を使用すると、熱計算は大幅に簡素化できます。 ここで、結晶温度 T の差_J および周囲温度 T_A 熱抵抗 R を介して結晶から環境に移動する熱流を引き起こします。_JC (クリスタル - ケース)、R_CS (ハウジング - ラジエーター) と R_SA (ラジエーター - 環境)。

図18.26。 熱冷却モデル

熱抵抗の単位は °С/W です。 合計最大熱抵抗 R_JA クリスタルのサイトでは、環境は次の式で求められます。

ここでP_PP - 半導体デバイスの結晶で消費される電力、W.

熱抵抗R_JC そしてR_CS 半導体デバイスの参考資料に記載されている値です。 たとえば、参考データによると、IRFP250N トランジスタの水晶ラジエーター部分の熱抵抗は R です。_JC + R_CS \u0,7d 0,24 + 0,94 \uXNUMXd XNUMX°C / W.

これは、10 W の電力がチップ上で消費される場合、チップの温度はヒートシンクの温度より 9,4 °C 高くなることを意味します。

ヒートシンクの熱抵抗 次の式で見つけることができます：

以下の方法論は、AAVID THERMALLOY の Max Clip System™ アルミニウム ラジエーター選択ガイドラインに基づいています。

図上。 18.27 は、自然 (赤線) および強制 (青線) 空気流による冷却の場合の、アルミニウム ラジエーターの断面の周囲とその熱抵抗との間のグラフの関係を示しています。

デフォルトでは、:

• ラジエーターの長さは150 mmです。
• ヒートシンク温度 T の差_S および周囲温度 T_а 等しい ;
• 強制冷却流速は2m/sです。

冷却条件がデフォルトで受け入れられている条件と異なる場合は、図のグラフを使用して必要な修正を行うことができます。 18.28 - 図。 18.30。

米。 18.27。 アルミラジエーターの断面積と熱抵抗の関係

米。 18.28。 ラジエーターの温度と周囲の温度との差の補正係数

米。 18.29. 風量補正係数

米。 18.30。 ラジエータ長の補正係数

たとえば、20 個の IRFP250N タイプ トランジスタで構成される ERST トランジスタを冷却するラジエーターを計算してみましょう。 ラジエーターの計算は 20 つのトランジスタに対して実行でき、結果のサイズは XNUMX 倍に増加します。

主要なトランジスタで消費される合計電力は 528 W であるため、各 IRFP250N トランジスタで消費される電力は 528/20 = 26,4 W となります。 ヒートシンクは、最大周囲温度 +110 °C において、トランジスタ結晶の最大温度が +40 °C 以下であることを保証する必要があります。

見つけます 熱抵抗 R_JA 250つのトランジスタIRFPXNUMXNの場合：

では見つけてみましょう ヒートシンクの熱抵抗:

結晶の最高温度と結晶ラジエーターのセクションの熱抵抗がわかっているので、ラジエーターの最高温度を決定します。

グラフ(図18.28)に従って、ラジエーターと環境の間の温度差の補正係数Ktを決定します。

ラジエーターを冷却するために使用 人工呼吸器 タイプ 1,25EV-2,8-6-3270U4、容量 280 m3/h。 流量を計算するには、性能をファンによって吹き飛ばされるダクトの断面積で割る必要があります。

ダクトに断面積がある場合:

空気流量は次のようになります。

グラフ（図18.29）に従って、補正係数Kを決定します。_v 実際の気流速度:

断面の周囲が 1050 mm、長さが 80 mm の既製のラジエーターが多数あると仮定します。 グラフ(図18.30)に従って、補正係数Kを決定します。_L ラジエーターの長さ:

合計補正を求めるには、すべての補正係数を掛けます。

修正の対象となる、ラジエーターは提供する必要があります 熱抵抗:

グラフ(図18.27)を使用すると、200つのトランジスタには断面周囲20 mmのラジエーターが必要であることがわかります。 250 個の IRFP4000N トランジスタのグループの場合、ラジエーターの断面周囲は少なくとも 1050 mm でなければなりません。 利用可能なラジエーターの周囲は 4 mm であるため、XNUMX つのラジエーターを組み合わせる必要があります。

ERST ダイオードで消費される電力は少なくなりますが、設計上の理由から、同様のラジエーターを使用できます。

多くの場合、クーラーのメーカーは、周囲や長さではなく、ラジエーターの表面積を示します。

提案された方法から放射器面積を取得するには、放射器の長さに周長 S を掛けるだけで十分です。_P = 400 • 8 = 3200 cm2。

著者: Koryakin-Chernyak S.L.

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