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無線電子工学および電気工学の百科事典 ラジエーターと冷却。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
物理学、電気工学、原子熱力学にはよく知られた法則があります。ワイヤーを流れる電流によってワイヤーが加熱されます。 ジュールとレンツがそれを思いつき、彼らは正しかったことが判明しました。それが現状です。 電気で動くものはすべて、何らかの形で、通過するエネルギーの一部が熱に変換されます。 エレクトロニクスでは、環境内で最も熱の影響を受ける物体が空気であることがよくあります。 熱を空気に伝えるのは発熱部品であり、空気から熱を奪ってどこかに熱する必要があります。 たとえば負けたり、勝手に散ったり。 この熱伝達のプロセスを冷却と呼びます。 当社の電子設計は、他のものよりも多くの熱を放散します。 かなりの発熱を除いて、電圧安定器、アンプ、リレーを制御するトランジスタ、さらには小さな LED も加熱されます。 まあ、もう少し暖かくなったら。 さて、手がつかめないほど揚げられたら？ 彼を憐れんで、何とか助けてあげましょう。 いわば、彼の苦しみを和らげるためです。 加熱用バッテリーのデバイスを思い出してください。 はい、はい、冬に部屋を暖めたり、靴下やTシャツを乾かしたりするのと同じ普通のバッテリーです。 バッテリーが大きければ大きいほど、部屋の熱は大きくなりますよね？ バッテリー内に温水が流れ、バッテリーが加熱されます。 バッテリーにはセクションの数という重要な要素があります。 セクションは空気と接触し、熱を空気に伝えます。 したがって、セクションが多いほど、つまりバッテリーが占める面積が大きいほど、より多くの熱を与えることができます。 さらにいくつかのセクションを溶接することで、部屋を暖かくすることができます。 確かに、同時に、バッテリー内のお湯が冷める可能性があり、隣人には何も残らないでしょう。 トランジスタデバイスを考えてみましょう。
銅ベース（フランジ）に 1基板上 2固定水晶 3. 出力に接続します 4。 構造全体がプラスチック化合物で満たされています 5。 フランジには穴が開いています 6ラジエーターに取り付ける場合。
クリスタルをより冷たくするにはどうすればよいですか? トランジスタのデバイスを変更することはできません。これは当然です。 トランジスタの作成者もこれについて考えており、私たち殉教者のために、彼らはクリスタルへの唯一の道、つまりフランジを残しました。 フランジはバッテリーの単一セクションのようなものです。揚げ物は揚げますが、熱は空気に伝わりません。接触面積は小さいです。 ここに私たちの行動の範囲が与えられます。 フランジを組み立て、そこにさらにいくつかのセクション、つまりフランジ自体が銅であるため大きな銅板をはんだ付けするか、ラジエーターと呼ばれる金属ブランクにフランジを固定することができます。 幸いなことに、フランジの穴はナット付きボルト用に準備されています。 ラジエーターとは何ですか? 私は彼について XNUMX 番目の段落で繰り返してきましたが、実際には何も言っていません。 さて、見てみましょう:
ご覧のとおり、ラジエーターのデザインはさまざまで、プレートやフィン、針状のラジエーターなどさまざまなものがあります。ラジオ部品店に行ってラジエーターの棚を見てください。 ラジエーターは、ほとんどの場合、アルミニウムとその合金 (シルミンなど) で作られています。 銅製ラジエーターの方が優れていますが、高価です。 スチールおよび鉄のラジエーターは熱をゆっくりと放散するため、1 ～ 5 W の非常に低い電力でのみ使用されます。 結晶内で放出される熱は非常に単純な式で決まります。 P = U * Iここで、P は結晶内で消費される電力、W、U = 結晶の電圧、V、I は結晶を流れる電流、A です。この熱は基板を通ってフランジに伝わり、そこでラジエーターに伝達されます。 さらに、冷却システムの次の参加者として、加熱されたラジエーターが空気と接触し、熱がそこに伝達されます。 完全なトランジスタ冷却回路を見てみましょう。
XNUMXつのピースがあります-これはラジエーターです 8ヒートシンクとトランジスタ間のガスケット 7。 そうではないかもしれませんが、それは悪いことでもあり、同時に良いことでもあります。 それを理解しましょう。 1,5 つの重要なパラメータについて説明します。これらは、水晶 (またはジャンクションとも呼ばれます) とトランジスタ ケースの間の熱抵抗 - Rpc、およびトランジスタ ケースとラジエーターの間の熱抵抗 - Rcr です。 最初のパラメータは、結晶からトランジスタのフランジへの熱の伝達の程度を示します。 たとえば、Rpc は 1 ワットあたり摂氏 1,5 度に相当し、電力が 10 W 増加すると、フランジとラジエーターの間の温度差が 1,5 度になることを説明します。 言い換えれば、フランジは常に結晶よりも冷たく、このパラメータはその程度を示します。 フランジが小さいほど、熱がフランジに伝わりやすくなります。 10W の電力を消費すると、フランジはクリスタルより 15 * 100 = 150 度寒くなり、150W の場合は XNUMX 度低くなります。 また、結晶の最高温度は限られているため（白熱するまで揚げることはできません！）、フランジを冷却する必要があります。 同じXNUMX度で。 例えば： トランジスタは 25W の電力を消費します。 Rpc は 1,3 ワットあたり 140 度です。 クリスタルの最高温度は1,3度です。 これは、フランジとクリスタルの間に 25 * 32,5 = 140 度の差があることを意味します。 また、結晶は140度以上に加熱できないため、フランジ温度は32,5-107,5=XNUMX度以下に保つ必要があります。 このような。 そして、Rcr パラメータも同じことを示しており、損失のみが同じ悪名高いガスケット 7 で得られます。その Rcr 値は Rpc よりもはるかに大きくなる可能性があるため、強力なユニットを設計している場合、ガスケット上にトランジスタを配置することは望ましくありません。 しかし、それでも、時にはそうしなければならないこともあります。 スペーサーを使用する唯一の理由は、フランジがトランジスタ パッケージの中間端子に電気的に接続されているため、ヒート シンクをトランジスタから分離する必要がある場合です。 ここで別の例を見てみましょう。 トランジスタは100Wで焼き上がります。 いつものように、結晶の温度は150度以下です。 Rpk は 1 ワットあたり 2 度、ガスケット上でも 100 ワットあたり Rkr 1 度です。 クリスタルとラジエーターの温度差は 2*(300+150)=300 度になります。 ラジエーターは 150-XNUMX = マイナス XNUMX 度を超えないようにしてください。はい、皆さん、これはまさに液体窒素だけが救えるケースです。恐怖です! ガスケットなしでトランジスタやマイクロ回路のラジエーターを使用する方がはるかに簡単です。 何もなく、フランジがきれいで滑らかで、ラジエーターが輝きを放ち、さらに熱伝導性ペーストが塗布されている場合、Rcrパラメータは非常に小さいため、単純に考慮されません。 とった？ もっと行きましょう！ 冷却には対流冷却と強制冷却の XNUMX 種類があります。 学校物理学を思い出すと、対流は独立した熱の分布です。 対流冷却についても同様です。ラジエーターを設置しました。彼自身が何らかの形でそこの空気を整理します。 対流型ラジエーターは、アンプなどのデバイスの外側に設置されることがほとんどです。見たことがありますか? 側面には XNUMX つの金属プレートのギズモがあります。 内側からトランジスタがネジで固定されています。 そのようなラジエーターを覆うことはできず、空気へのアクセスは閉じられます。 そうしないと、ラジエーターは熱を置く場所がなくなり、過熱してトランジスタからの熱を受け取ることを拒否し、長時間考えなくなり、過熱して次のような症状が発生します。何が起こるかはあなた自身が理解しています。 強制冷却とは、ラジエーターの周囲に空気をより積極的に吹き付け、リブ、ニードル、穴に沿って空気を流すことです。 ここでは、ファン、さまざまな空冷チャネル、その他の方法を使用します。 はい、ところで、空気の代わりに、水、油、さらには液体窒素でも簡単に作ることができます。 強力な発電機チューブは、多くの場合、流水によって冷却されます。 ラジエーターの見分け方 - 対流冷却用か強制冷却用か? その効率はこれに依存します。つまり、高温の結晶をどれだけ早く冷却できるか、どのような熱力の流れがそれ自体を通過できるかです。 写真を見てみましょう。
最初のラジエーターは対流冷却用です。 フィンの間隔が広いため、自由な空気の流れと良好な熱放散が確保されます。 XNUMX 番目のラジエーターの上部にはファンが設置されており、フィンから空気を送ります。 これが強制冷却です。 もちろん、これらのラジエーターとそれらのラジエーターの両方をどこでも使用できますが、問題はその効率です。 ラジエーターには 2 つのパラメータがあります。これはその面積 (平方センチメートル) とラジエーター環境の熱抵抗係数 Rrs (摂氏あたりのワット数) です。 面積は、すべての要素の面積の合計として計算されます：両側のベースの面積 + 両側のプレートの面積。 ベースの端の面積は考慮されていないため、平方センチメートルは非常に少なくなります。 例: 対流冷却用の上記の例のラジエーター。
ラジエーター環境の熱抵抗係数 Rpc は、出力が 1W 増加すると、ラジエーターから出る空気の温度がどの程度上昇するかを示します。 たとえば、ワットあたり摂氏 0,5 度の Rpc は、1 W の熱で温度が XNUMX 度上昇することを示します。 このパラメータは XNUMX 階建ての公式であると考えられており、私たちの猫の心は決して力の範囲内にありません。Rpc は、私たちのシステム内の熱抵抗と同様に、小さいほど優れています。 そして、さまざまな方法でそれを減らすことができます - このために、ラジエーターは化学的に黒くなります（たとえば、アルミニウムは塩化第二鉄でよく黒くなります - 家庭で実験しないでください、塩素が放出されます！）、ラジエーターの向きを変える効果もあります。空気がプレートに沿ってよりよく通過できるようにします（垂直ラジエーターは横たわるラジエーターよりも冷却されます）。 ラジエーターを塗料で塗装することはお勧めできません。塗料は過剰な熱抵抗になります。 ほんの少しだけであれば、それは暗くなりますが、厚い層ではありません！ アプリケーションには小さなが含まれています プログラム、マイクロ回路またはトランジスタのラジエーターのおおよその面積を計算できます。 これを使って、いくつかの電源のラジエーターを計算してみましょう。 電源回路。
電源は 12A の電流で 1 ボルトを出力します。 トランジスタにも同じ電流が流れます。 トランジスタの入力は18V、出力は12Vです。これは、18-12 \u6d 6Vの電圧が降下することを意味します。 トランジスタ結晶から消費される電力は1V * 6A \u2d 2335Wです。 150SC120 のクリスタルの最高温度は 1,5 度です。 極端な条件での使用は避け、XNUMX度など低めの温度を選択しましょう。 このトランジスタのジャンクションケース Rpc の熱抵抗は、ワットあたり XNUMX ℃です。 トランジスタのフランジはコレクタに接続されているので、ヒートシンクには電気絶縁を施しましょう。 これを行うために、トランジスタとラジエーターの間に熱伝導ゴムで作られた絶縁ガスケットを置きます。 ガスケットの熱抵抗は 2 ワットあたり XNUMX ℃です。 熱接触を良好にするために、PMS-200 シリコーン オイルを少量垂らしてください。 これは最高温度+180度の濃厚なオイルで、フランジやラジエーターの凹凸によって必然的に形成される空隙を埋め、熱伝達を改善します。 多くは KPT-8 ペーストを使用していますが、多くの人はそれが最良の熱伝導体ではないと考えています。 ラジエーターを電源の後壁に移動し、そこで+ 25度の室内空気によって冷却されます。 これらすべての値をプログラムに代入し、ラジエーターの面積を計算します。 結果として得られる113平方センチメートルの面積は、フルパワーモードでの電源の長時間動作（10時間以上）用に設計されたラジエーターの面積です。 電源を駆動するのにそれほど多くの時間を必要としない場合は、より小さくてもより大きなラジエーターを使用できます。 また、電源内部にラジエーターを設置すると、絶縁ガスケットは必要なくなり、それがなければラジエーターの面積を100平方センチメートルに縮小できます。 一般的に、親愛なる皆さん、株式はポケットを引っ張るものではありません、皆さんも同意しますか？ ラジエーターの領域とトランジスタの限界温度の両方に当てはまるように、マージンについて考えてみましょう。 結局のところ、誰でもではなく、あなた自身がデバイスを修理し、過熱したトランジスタを交換する必要があります。 これを覚えて！ 幸運を。 出版物: radiokot.ru
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