Wenn wir ein leistungsstarkes Gerät mit Leistungstransistoren entwerfen oder auf die Verwendung eines leistungsstarken Gleichrichters in einem Stromkreis zurückgreifen, sind wir oft mit der Situation konfrontiert, dass viel Wärmeleistung, gemessen in Einheiten und manchmal mehreren zehn Watt, abgeführt werden muss.

Beispielsweise ist der IGBT-Transistor FGA25N120ANTD von Fairchild Semiconductor bei korrektem Einbau theoretisch in der Lage, bei einer Gehäusetemperatur von 25 °C etwa 300 Watt thermische Leistung durch sein Gehäuse abzugeben! Und wenn die Temperatur seines Gehäuses 100 °C beträgt, kann der Transistor 120 Watt liefern, was auch ziemlich viel ist. Damit der Transistorkörper diese Wärme jedoch grundsätzlich übertragen kann, müssen für ihn geeignete Betriebsbedingungen geschaffen werden, damit er nicht vorzeitig durchbrennt.

Alle Power-Tasten werden in solchen Gehäusen hergestellt, die einfach auf einem externen Kühlkörper – einem Kühler – installiert werden können. Allerdings in den meisten Fällen Metalloberfläche Schlüssel oder anderes Gerät im Klemmengehäuse, das elektrisch mit einer der Klemmen verbunden ist dieses Geräts, zum Beispiel mit einem Kollektor oder Drain eines Transistors.

Die Aufgabe des Kühlers besteht also gerade darin, den Transistor und vor allem seine Betriebsanschlüsse auf einer Temperatur zu halten, die den maximal zulässigen Wert nicht überschreitet.

Andrey Povny

Einer der meisten wichtige Themen Schaffung komfortable Bedingungen Das Leben in einem Haus oder einer Wohnung ist eine zuverlässige, richtig berechnete und installierte, ausgewogene Heizungsanlage. Deshalb ist die Erstellung eines solchen Systems die wichtigste Aufgabe bei der Organisation oder Durchführung des Baus eines Eigenheims Überholung in einer Hochhauswohnung.

Trotz moderne Vielfalt Heizsysteme verschiedene Arten An der Spitze der Beliebtheit steht nach wie vor ein bewährtes Schema: Rohrkreisläufe mit durchströmendem Kühlmittel und Wärmetauschergeräte – in den Räumlichkeiten installierte Heizkörper. Es scheint, dass alles einfach ist, die Batterien befinden sich unter den Fenstern und sorgen für die nötige Heizung... Sie müssen jedoch wissen, dass die Wärmeübertragung von den Heizkörpern sowohl der Raumfläche als auch einer Zahl entsprechen muss anderer spezifischer Kriterien. Thermische Berechnungen, basierend auf den Anforderungen von SNiP – ein ziemlich komplexes Verfahren, das von Spezialisten durchgeführt wird. Sie können dies jedoch selbstverständlich mit akzeptabler Vereinfachung auch selbst tun. In dieser Veröffentlichung erfahren Sie, wie Sie Heizkörper für die Fläche eines beheizten Raums unter Berücksichtigung verschiedener Nuancen selbstständig berechnen.

Zunächst müssen Sie sich jedoch zumindest kurz mit vorhandenen Heizkörpern vertraut machen – die Ergebnisse der Berechnungen hängen weitgehend von deren Parametern ab.

Kurz über bestehende Arten von Heizkörpern

• Stahlheizkörper in Platten- oder Rohrbauweise.
• Gusseisenbatterien.
• Aluminiumheizkörper in verschiedenen Modifikationen.
• Bimetallheizkörper.

Stahlheizkörper

Dieser Heizkörpertyp erfreut sich nicht großer Beliebtheit, obwohl einige Modelle sehr elegant wirken Design-Dekoration. Das Problem besteht darin, dass die Nachteile solcher Wärmeaustauschgeräte ihre Vorteile deutlich überwiegen – niedriger Preis, relativ geringes Gewicht und einfache Installation.

Dünn Stahlwände Solche Heizkörper verfügen nicht über genügend Wärmekapazität – sie heizen schnell auf, kühlen aber genauso schnell wieder ab. Auch bei Wasserschlägen kann es zu Problemen kommen – Schweißverbindungen von Blechen können manchmal undicht sein. Zudem sind preiswerte Modelle, die über keine spezielle Beschichtung verfügen, anfällig für Korrosion und die Lebensdauer solcher Batterien ist kurz – in der Regel geben die Hersteller ihnen eine recht kurze Garantie auf die Lebensdauer.

In den allermeisten Fällen Stahlheizkörper Sie haben eine einteilige Struktur und ermöglichen keine Variation der Wärmeübertragung durch Änderung der Anzahl der Abschnitte. Sie haben einen Reisepass Wärmekraft, die sofort basierend auf der Fläche und den Eigenschaften des Raums ausgewählt werden müssen, in dem sie installiert werden sollen. Ausnahme – einige Rohrheizkörper Sie haben die Möglichkeit, die Anzahl der Abschnitte zu ändern, dies geschieht jedoch normalerweise auf Bestellung, während der Produktion und nicht zu Hause.

Gussheizkörper

Vertreter dieses Batterietyps sind wohl jedem aus der frühen Kindheit bekannt – das sind die Akkordeontypen, die früher buchstäblich überall verbaut wurden.

Vielleicht waren solche MC-140-500-Batterien nicht besonders elegant, aber sie dienten mehr als einer Generation von Bewohnern treu. Jeder Abschnitt eines solchen Heizkörpers lieferte eine Heizleistung von 160 W. Der Heizkörper ist vorgefertigt und die Anzahl der Abschnitte war grundsätzlich durch nichts begrenzt.

Derzeit gibt es viele moderne Gussheizkörper. Sie zeichnen sich bereits durch ein eleganteres Aussehen aus Aussehen, glatte, glatte Außenflächen, die die Reinigung erleichtern. Es werden auch exklusive Versionen mit einem interessanten Reliefmuster aus Gusseisen hergestellt.

Bei alledem behalten solche Modelle ihre Hauptvorteile voll und ganz. Gusseisenbatterien:

• Die hohe Wärmekapazität von Gusseisen und die Massivität der Batterien tragen zu einer langfristigen Speicherung und hohen Wärmeübertragung bei.
• Gusseisenbatterien haben bei ordnungsgemäßer Montage und hochwertiger Abdichtung der Anschlüsse keine Angst vor Wasserschlägen und Temperaturschwankungen.
• Dicke Gusseisenwände sind wenig anfällig für Korrosion und abrasiven Verschleiß. Es kann fast jedes Kühlmittel verwendet werden, daher eignen sich solche Batterien gleichermaßen für autonome und zentrale Heizsysteme.

Wenn wir die äußeren Eigenschaften alter Gusseisenbatterien nicht berücksichtigen, gehören zu den Nachteilen die Zerbrechlichkeit des Metalls (verstärkte Stöße sind nicht akzeptabel) und die relative Komplexität der Installation, die größtenteils mit der Massivität verbunden ist. Darüber hinaus können nicht alle Wandtrennwände das Gewicht solcher Heizkörper tragen.

Aluminiumheizkörper

Aluminiumheizkörper erfreuten sich, da sie erst vor relativ kurzer Zeit auf den Markt kamen, schnell großer Beliebtheit. Sie sind relativ preiswert, haben ein modernes, recht elegantes Aussehen und verfügen über eine hervorragende Wärmeableitung.

Hochwertige Aluminiumbatterien halten Drücken von 15 Atmosphären oder mehr und hohen Kühlmitteltemperaturen von etwa 100 Grad stand. Gleichzeitig erreicht die Wärmeleistung eines Abschnitts einiger Modelle manchmal 200 W. Gleichzeitig sind sie jedoch leicht (das Abschnittsgewicht beträgt normalerweise bis zu 2 kg) und benötigen kein großes Kühlmittelvolumen (Kapazität - nicht mehr als 500 ml).

Aluminiumheizkörper werden als gestapelte Batterien mit der Möglichkeit, die Anzahl der Abschnitte zu ändern, und als solide Produkte, die für eine bestimmte Leistung ausgelegt sind, zum Verkauf angeboten.

Nachteile von Aluminiumheizkörpern:

• Einige Typen sind sehr anfällig für Sauerstoffkorrosion von Aluminium, wobei ein hohes Risiko der Gasbildung besteht. Dies stellt besondere Anforderungen an die Qualität des Kühlmittels, weshalb solche Batterien üblicherweise eingebaut werden autonome Systeme Heizung.
• Bei einigen nicht trennbaren Aluminiumheizkörpern, deren Abschnitte in Strangpresstechnik hergestellt werden, kann es unter bestimmten ungünstigen Bedingungen zu Undichtigkeiten an den Verbindungsstellen kommen. In diesem Fall ist eine Reparatur einfach nicht möglich und Sie müssen die gesamte Batterie austauschen.

Von allen Aluminiumbatterien Die hochwertigsten werden durch anodische Oxidation des Metalls hergestellt. Diese Produkte haben praktisch keine Angst vor Sauerstoffkorrosion.

Äußerlich sind alle Aluminiumheizkörper ungefähr gleich, daher müssen Sie sie sehr sorgfältig lesen technische Dokumentation eine Wahl treffen.

Bimetallische Heizkörper

Solche Heizkörper konkurrieren hinsichtlich der Zuverlässigkeit mit denen aus Gusseisen und hinsichtlich der Wärmeleistung mit denen aus Aluminium. Der Grund dafür ist ihr besonderes Design.

Jeder Abschnitt besteht aus zwei oberen und unteren horizontalen Stahlkollektoren (Pos. 1), die durch denselben vertikalen Stahlkanal (Pos. 2) verbunden sind. Die Verbindung zu einer Einzelbatterie erfolgt über hochwertige Schraubkupplungen (Pos. 3). Eine hohe Wärmeübertragung wird durch die äußere Aluminiumschale gewährleistet.

Stahl Innenrohre aus Metall, das keiner Korrosion unterliegt oder über eine Schutzschicht verfügt Polymerbeschichtung. Nun, der Aluminium-Wärmetauscher kommt unter keinen Umständen mit dem Kühlmittel in Berührung und hat absolut keine Angst vor Korrosion.

Somit erhalten wir die Kombination hohe Festigkeit und Verschleißfestigkeit mit hervorragender thermischer Leistung.

Preise für beliebte Heizkörper

Heizkörper

Solche Batterien haben auch vor sehr großen Druckstößen keine Angst, hohe Temperaturen. Tatsächlich sind sie universell und für jedes Heizsystem geeignet, obwohl sie die besten sind Leistungsmerkmale Sie werden immer noch in den Bedingungen angezeigt Hochdruck zentrales System– für Stromkreise mit natürliche Zirkulation sie nützen wenig.

Vielleicht ist ihr einziger Nachteil hoher Preis im Vergleich zu anderen Heizkörpern.

Zur leichteren Wahrnehmung gibt es eine Tabelle, die zeigt Vergleichsmerkmale Heizkörper. Legende darin:

• TS – Stahlrohr;
• Chg – Gusseisen;
• Al – gewöhnliches Aluminium;
• AA – Aluminium eloxiert;
• BM – Bimetall.

	Änder	TS	Al	AA	BM
Maximaler Druck (atm.)
Arbeiten	6-9	6-12	10-20	15-40	35
Crimpen	12-15	9	15-30	25-75	57
Zerstörung	20-25	18-25	30-50	100	75
Begrenzung des pH-Wertes (Wasserstoffwert)	6,5-9	6,5-9	7-8	6,5-9	6,5-9
Korrosionsanfälligkeit bei Einwirkung von:
Sauerstoff	NEIN	Ja	NEIN	NEIN	Ja
Streuströme	NEIN	Ja	Ja	NEIN	Ja
Elektrolytpaare	NEIN	schwach	Ja	NEIN	schwach
Abschnittsleistung bei h=500 mm; Dt=70 ° , W	160	85	175-200	216,3	bis zu 200
Garantie, Jahre	10	1	3-10	30	3-10

Video: Empfehlungen zur Auswahl von Heizkörpern

Vielleicht interessieren Sie sich für Informationen darüber, was es ist

So berechnen Sie die erforderliche Anzahl von Heizkörperabschnitten

Es ist klar, dass ein im Raum installierter Heizkörper (einer oder mehrere) für Wärme sorgen muss angenehme Temperatur und kompensieren unvermeidliche Wärmeverluste, unabhängig vom Wetter draußen.

Grundlage für die Berechnungen ist immer die Fläche bzw. das Volumen des Raumes. Die professionellen Berechnungen selbst sind sehr komplex und berücksichtigen sehr große Zahl Kriterien. Für den Haushaltsbedarf können Sie jedoch vereinfachte Methoden verwenden.

Die einfachsten Berechnungsmethoden

Es ist allgemein anerkannt, dass man erstellen muss normale Bedingungen in einem Standardwohnzimmer 100 W pro Quadratmeter Bitte ersparen. Sie müssen also nur die Raumfläche berechnen und mit 100 multiplizieren.

Q = S× 100

Q– erforderliche Wärmeübertragung von Heizkörpern.

S– Bereich des beheizten Raumes.

Wenn Sie planen, einen nicht trennbaren Heizkörper zu installieren, dient dieser Wert als Richtlinie für die Auswahl des erforderlichen Modells. Für den Fall, dass Batterien eingebaut werden, die eine Änderung der Anzahl der Abschnitte ermöglichen, sollte eine andere Berechnung durchgeführt werden:

N = Q/ Qus

N– berechnete Anzahl von Abschnitten.

Qus– spezifische Wärmeleistung eines Abschnitts. Dieser Wert muss in angegeben werden technischer Pass Produkte.

Wie Sie sehen, sind diese Berechnungen äußerst einfach und erfordern keine besonderen Mathematikkenntnisse – lediglich ein Maßband zum Ausmessen des Raums und ein Blatt Papier für die Berechnungen. Darüber hinaus können Sie die folgende Tabelle verwenden – sie zeigt bereits berechnete Werte für Räume unterschiedlicher Größe und bestimmter Leistungen von Heizabschnitten.

Abschnittstabelle

Es muss jedoch beachtet werden, dass diese Werte für sind Standardhöhe Decke (2,7 m) eines Hochhauses. Wenn die Raumhöhe unterschiedlich ist, ist es besser, die Anzahl der Batterieabschnitte anhand des Raumvolumens zu berechnen. Hierzu wird ein Durchschnittsindikator verwendet - 41 V t t Wärmeleistung pro 1 m³ Volumen in Plattenhaus, oder 34 W – in Ziegelstein.

Q = S × H× 40 (34 )

Wo H– Deckenhöhe über dem Boden.

Weitere Berechnungen unterscheiden sich nicht von den oben dargestellten.

Detaillierte Berechnung unter Berücksichtigung von Merkmalen Firmengelände

Kommen wir nun zu ernsthafteren Berechnungen. Die oben beschriebene vereinfachte Berechnungsmethode kann für Haus- oder Wohnungseigentümer eine „Überraschung“ darstellen. Bei installierten Heizkörpern wird nicht die erforderliche Leistung erzeugt angenehmes Mikroklima. Und der Grund dafür ist eine ganze Reihe von Nuancen, die die betrachtete Methode einfach nicht berücksichtigt. Mittlerweile können solche Nuancen sehr wichtig sein.

Es werden also wieder die Fläche des Raumes und die gleichen 100 W pro m² zugrunde gelegt. Aber die Formel selbst sieht schon etwas anders aus:

Q = S× 100 × A × B × C ×D× E ×F× G× H× ICH× J

Briefe von A Zu J Herkömmlicherweise werden Koeffizienten angegeben, die die Eigenschaften des Raums und die Installation von Heizkörpern darin berücksichtigen. Schauen wir sie uns der Reihe nach an:

A – Menge Außenwände drinnen.

Es ist klar, dass der Gesamtwärmeverlust umso höher ist, je höher die Kontaktfläche zwischen Raum und Straße ist, also je mehr Außenwände im Raum vorhanden sind. Diese Abhängigkeit wird durch den Koeffizienten berücksichtigt A:

• Eine Außenwand A = 1,0
• Zwei Außenwände - A = 1,2
• Drei Außenwände - A = 1,3
• Alle vier Außenwände sind A = 1,4

B – Ausrichtung des Raumes zu den Himmelsrichtungen.

Der maximale Wärmeverlust ist immer in Räumen, die nicht direkt empfangen werden Sonnenlicht. Das ist definitiv der Fall Nordseite zu Hause, und auch der Osten kann hier einbezogen werden - die Sonnenstrahlen erscheinen hier nur morgens, wenn die Sonne noch nicht ihre volle Kraft erreicht hat.

Süden und Westseite Häuser werden durch die Sonne immer viel stärker erwärmt.

Daher die Koeffizientenwerte IN :

• Der Raum ist nach Norden oder Osten ausgerichtet - B = 1,1
• Süd- oder Westzimmer – B = 1, das heißt, es darf nicht berücksichtigt werden.

C ist ein Koeffizient, der den Isolationsgrad der Wände berücksichtigt.

Es ist klar, dass der Wärmeverlust des beheizten Raums von der Qualität der Wärmedämmung der Außenwände abhängt. Koeffizientwert MIT werden gleich angenommen:

• Mittleres Niveau – die Wände sind in zwei Ziegelsteinen ausgelegt oder ihre Oberflächendämmung ist mit einem anderen Material versehen – C = 1,0
• Außenwände sind nicht isoliert - C = 1,27
• Hoher Isolationsgrad nach wärmetechnischen Berechnungen – C = 0,85.

D – Funktionen klimatische Bedingungen Region.

Natürlich ist es unmöglich, alle Grundindikatoren für die benötigte Heizleistung auf einen Nenner zu bringen – sie hängen auch vom Grad des Winters ab negative Temperaturen, charakteristisch für ein bestimmtes Gebiet. Dabei wird der Koeffizient berücksichtigt D. Zur Auswahl werden die Durchschnittstemperaturen der kältesten Zehn-Tage-Periode im Januar herangezogen – in der Regel lässt sich dieser Wert leicht beim örtlichen hydrometeorologischen Dienst erfragen.

• — 35° MIT und unten – D= 1,5
• — 25÷ — 35 ° MIT – D= 1,3
• bis – 20° MIT – D= 1,1
• nicht niedriger als – 15 ° MIT – D= 0,9
• nicht niedriger als – 10 ° MIT – D= 0,7

E – Koeffizient der Deckenhöhe des Raumes.

Wie bereits erwähnt, sind 100 W/m² ein Durchschnittswert für Standarddeckenhöhen. Bei Abweichungen muss ein Korrekturfaktor eingegeben werden E:

• Bis 2,7 M – E = 1,0
• 2,8 – 3, 0 M – E = 1,05
• 3,1 – 3, 5 m – E = 1, 1
• 3,6 – 4, 0 m – E = 1,15
• Mehr als 4,1 m – E = 1,2

F – Koeffizient unter Berücksichtigung der Art des gelegenen Raums höher

Die Installation einer Heizungsanlage in Räumen mit kalten Böden ist eine sinnlose Angelegenheit, und die Eigentümer ergreifen in dieser Angelegenheit immer Maßnahmen. Aber die Art des darüber liegenden Raumes hängt oft überhaupt nicht von ihnen ab. Wenn sich darüber ein Wohnraum oder ein isolierter Raum befindet, dann allgemeines Bedürfnis an Wärmeenergie wird deutlich abnehmen:

• kalter Dachboden bzw unbeheizter Raum – F= 1,0
• isolierter Dachboden (einschließlich isoliertes Dach) – F= 0,9
• beheizter Raum - F= 0,8

G – Faktor, der die Art der installierten Fenster berücksichtigt.

Verschieden Fenstergestaltungen unterliegen einem unterschiedlichen Wärmeverlust. Dabei wird der Koeffizient berücksichtigt G:

• normal Holzrahmen mit Doppelverglasung – G= 1,27
• Die Fenster sind ausgestattet Einkammer-Doppelverglasungsfenster(2 Gläser) – G= 1,0
• Einkammer-Doppelverglasung mit Argonfüllung oder Doppelverglasung (3 Gläser) - G= 0,85

N – Koeffizient der Verglasungsfläche des Raumes.

Der Gesamtwärmeverlust hängt auch von der Gesamtfläche der im Raum installierten Fenster ab. Dieser Wert errechnet sich aus dem Verhältnis der Fensterfläche zur Raumfläche. Abhängig vom erhaltenen Ergebnis ermitteln wir den Koeffizienten:

• N Verhältnis kleiner 0,1 – 8
• H = 0, Verhältnis kleiner 0,1 – 9
• 0,11 ÷ 0,2 – 0,21 ÷ 0,3 – 0
• H = 1, 0,21 ÷ 0,3 – 1
• 0,31 ÷ 0,4 – 0,41 ÷ 0,5 –

H = 1,2

I ist ein Koeffizient, der das Heizkörperanschlussdiagramm berücksichtigt. Ihre Wärmeübertragung hängt davon ab, wie die Heizkörper an die Vor- und Rücklaufleitungen angeschlossen sind. Dies sollte auch bei der Planung der Installation und der Festlegung berücksichtigt werden benötigte Menge

• Abschnitte: A - diagonale Verbindung , Zuführung von oben, Rückführung von unten –
• I = 1,0 b – Einweganschluss, Zulauf von oben, Rücklauf von unten –
• I = 1,03 c – Zwei-Wege-Anschluss, sowohl Vor- als auch Rücklauf von unten –
• I = 1,13 d – diagonaler Anschluss, Zulauf von unten, Rücklauf von oben –
• Ich = 1,25 d – Einweganschluss, Zulauf von unten, Rücklauf von oben –
• Ich = 1,28 e – einseitig Bodenanschluss d – Einweganschluss, Zulauf von unten, Rücklauf von oben –

Rückgabe und Lieferung –

J ist ein Koeffizient, der den Offenheitsgrad der installierten Heizkörper berücksichtigt. Viel hängt davon ab, wie Batterien eingebaut offen für freien Wärmeaustausch mit der Raumluft. Vorhandene oder künstlich geschaffene Barrieren können die Wärmeübertragung des Heizkörpers deutlich reduzieren. Dabei wird der Koeffizient berücksichtigt

J: a – der Heizkörper steht offen an der Wand oder ist nicht durch eine Fensterbank verdeckt –

J= 0,9 b – der Heizkörper ist von oben mit einer Fensterbank oder einem Regal abgedeckt –

J= 1,0 c – der Heizkörper wird von oben durch einen horizontalen Vorsprung der Wandnische abgedeckt –

J= 1,07 d – der Heizkörper ist von oben und von vorne durch eine Fensterbank abgedeckt — SeitenTeile mit einer dekorativen Hülle überzogen - J= 1,12

e – der Heizkörper ist vollständig mit einer dekorativen Verkleidung abgedeckt – J= 1,2

⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰ ⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰ ⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰ ⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰

Nun, schließlich ist das alles. Jetzt können Sie die erforderlichen Werte und Koeffizienten entsprechend den Bedingungen in die Formel einsetzen und erhalten unter Berücksichtigung aller Nuancen die erforderliche Wärmeleistung für eine zuverlässige Beheizung des Raums.

Danach muss nur noch entweder ein nicht trennbarer Heizkörper mit der erforderlichen Wärmeleistung ausgewählt werden oder der berechnete Wert durch die spezifische Wärmeleistung eines Batterieabschnitts des ausgewählten Modells dividiert werden.

Sicherlich wird eine solche Berechnung vielen als zu umständlich erscheinen, bei der man leicht verwirrt werden kann. Um die Berechnungen zu vereinfachen, empfehlen wir die Verwendung eines speziellen Taschenrechners – dieser enthält bereits alle erforderlichen Werte. Der Benutzer kann lediglich die gewünschten Anfangswerte eingeben oder die gewünschten Elemente aus den Listen auswählen. Der „Berechnen“-Button führt sofort zu einem exakten, aufgerundeten Ergebnis.

Kühlkörper für Halbleiterbauelemente

Leistungsstark im Betrieb Halbleiterbauelemente geben eine gewisse Wärmemenge an die Umgebung ab. Wenn Sie nicht auf deren Kühlung achten, können Transistoren und Dioden aufgrund einer Überhitzung des Arbeitskristalls ausfallen. Eine der wichtigen Aufgaben ist die Gewährleistung normaler thermischer Bedingungen für Transistoren (und Dioden). Für die richtige Entscheidung Für diese Aufgabe benötigen Sie Kenntnisse über die Funktionsweise des Heizkörpers und dessen technisch kompetente Konstruktion.

Wie Sie wissen, gibt jedes erhitzte Objekt beim Abkühlen Wärme an die Umgebung ab. Solange die im Transistor abgegebene Wärmemenge größer ist als die an die Umgebung abgegebene Wärmemenge, steigt die Temperatur des Transistorkörpers kontinuierlich an. Ab einem bestimmten Wert stellt sich das sogenannte Wärmegleichgewicht ein, also Gleichheit der abgegebenen und abgegebenen Wärmemengen. Liegt die Temperatur des Wärmeausgleichs unter der für den Transistor maximal zulässigen Temperatur, arbeitet er zuverlässig. Liegt diese Temperatur über der zulässigen Maximaltemperatur, fällt der Transistor aus. Damit der Wärmeausgleich bei einer niedrigeren Temperatur zustande kommt, ist es notwendig, die Wärmeübertragung des Transistors zu erhöhen.

Es gibt drei bekannte Methoden der Wärmeübertragung: Wärmeleitung, Strahlung und Konvektion. Die Wärmeleitfähigkeit von Luft ist in der Regel gering – dieser Wert kann bei der Berechnung des Heizkörpers vernachlässigt werden. Der Anteil der durch Strahlung abgeführten Wärme ist nur bei hohen Temperaturen (mehrere hundert Grad Celsius) von Bedeutung, sodass dieser Wert auch bei relativ niedrigen Betriebstemperaturen von Transistoren (nicht mehr als 60-80 Grad) vernachlässigt werden kann. Unter Konvektion versteht man die Luftbewegung in der Zone eines erhitzten Körpers, die durch den Temperaturunterschied zwischen Luft und Körper verursacht wird. Die von einem erhitzten Objekt abgegebene Wärmemenge ist proportional zum Temperaturunterschied zwischen dem Objekt und der Luft, der Oberfläche und der Geschwindigkeit Luftstrom, den Körper waschen.

Als ich jung war, begegnete ich originelle Lösung Wärmeabfuhr von leistungsstarken Ausgangstransistoren. Außerhalb des Gehäuses befanden sich Transistoren (damals wurden Transistoren vom Typ P210 zum Aufbau von Verstärkern verwendet) an langen Drähten. An das Gehäuse waren zwei Plastikkrüge mit Wasser geschraubt, in denen die Transistoren lagen. Auf diese Weise wurde eine effektive „Wasser“-Kühlung gewährleistet. Als sich das Wasser in den Gläsern erwärmte, wurde es einfach durch kaltes ersetzt... Anstelle von Wasser können Sie auch mineralisches (flüssiges) oder verwenden Transformatoröl... Jetzt hat die Industrie damit begonnen, Wasserkühlungssysteme für Prozessoren und Grafikkarten von Computern in Massenproduktion herzustellen – nach dem Prinzip von Autokühlern (aber das ist meiner Meinung nach exotisch...).

Um eine effektive Wärmeabfuhr aus dem Halbleiterkristall zu gewährleisten, werden Kühlkörper (Radiatoren) eingesetzt. Machen wir uns mit einigen Kühlerdesigns vertraut.

Die folgenden Abbildungen zeigen vier Arten von Kühlkörpern.

Der einfachste davon ist ein Plattenheizkörper. Seine Oberfläche ist gleich der Summe der Flächen der beiden Seiten. Die ideale Form eines solchen Kühlkörpers ist ein Kreis, gefolgt von einem Quadrat und einem Rechteck. Für eine geringe Verlustleistung empfiehlt sich der Einsatz eines Plattenstrahlers. Ein solcher Strahler muss vertikal eingebaut werden, da sich sonst die effektive Ableitungsfläche verringert.

Ein verbesserter Plattenkühlkörper besteht aus mehreren Platten, die in verschiedene Richtungen gebogen sind. Dieser Heizkörper hat die gleiche Oberfläche wie der einfachste Plattenheizkörper und ist kleiner. Der Einbau dieses Kühlkörpers ähnelt einem Plattenkühlkörper. Die Anzahl der Platten kann je nach benötigter Oberfläche variieren. Die Verlustfläche eines solchen Strahlers ist gleich der Summe der Flächen aller gekrümmten Abschnitte der Platten plus der Oberfläche des Mittelteils. Dieser Heizkörpertyp hat auch Nachteile: eine verringerte Effizienz der Wärmeabfuhr von allen Platten sowie die Unmöglichkeit, an der Verbindungsstelle der Platten eine perfekt gerade Oberfläche zu erhalten.

Zur Herstellung von Plattenheizkörpern sollten Platten mit einer Dicke von mindestens 1,5 (vorzugsweise 3) Millimetern verwendet werden.

Ein Lamellenkühler – meist massiv gegossen oder gefräst – kann mit ein- oder zweiseitigen Lamellen ausgestattet sein. Doppelseitige Lamellen ermöglichen eine größere Oberfläche. Die Oberfläche eines solchen Kühlkörpers ist gleich der Summe der Oberflächen aller Platten und der Summe der Oberfläche des Hauptkörpers des Kühlers.

Am effektivsten ist der Nadelstrahler. Bei Mindestlautstärke Ein solcher Strahler hat eine maximale effektive Ableitungsfläche. Die Oberfläche eines solchen Kühlkörpers entspricht der Summe der Flächen jedes Stifts und der Fläche des Hauptkörpers.

Es gibt auch Kühlkörper mit Zwangsluftzufuhr (ein Beispiel ist der Prozessorkühler in Ihrem Computer). Diese Kühlkörper sind mit einer kleinen Oberfläche des Kühlers in der Lage, erhebliche Energie an die Umgebung abzugeben (z. B. gibt der mittelschnelle Prozessor R-1000 je nach Last 30–70 Watt Wärmeenergie ab). . Der Nachteil solcher Kühlkörper ist eine erhöhte Geräuschentwicklung im Betrieb und eine begrenzte Lebensdauer (mechanischer Verschleiß des Lüfters).

Das Material für Heizkörper ist in der Regel Aluminium und seine Legierungen. Kühlkörper aus Kupfer haben den besten Wirkungsgrad, allerdings sind Gewicht und Kosten solcher Strahler höher als die von Aluminium.

Das Halbleiterbauelement wird mit speziellen Flanschen auf dem Kühlkörper montiert. Wenn es notwendig ist, das Gerät vom Kühler zu isolieren, werden verschiedene Isolierdichtungen verwendet. Die Verwendung von Abstandshaltern verringert die Effizienz der Wärmeübertragung vom Kristall. Daher ist es nach Möglichkeit besser, den Kühlkörper vom Chassis der Struktur zu isolieren. Für eine effizientere Wärmeableitung muss die Oberfläche, die mit dem Halbleiterbauelement in Kontakt kommt, flach und glatt sein. Zur Steigerung der Effizienz werden spezielle Wärmeleitpasten verwendet (z. B. „KPT-8“). Die Verwendung von Wärmeleitpasten trägt dazu bei, den Wärmewiderstand des Abschnitts „Gehäuse – Kühlkörper“ zu verringern und ermöglicht es Ihnen, die Temperatur des Kristalls etwas zu senken. Als Dichtungen werden Glimmer, verschiedene Kunststofffolien und Keramik verwendet. Einmal erhielt ich ein Autorenzertifikat über die Methode zur Isolierung des Transistorkörpers vom Kühlkörper. Der Kern dieser Methode ist wie folgt: Die Oberfläche des Kühlkörpers wird mit einer dünnen Schicht Wärmeleitpaste (z. B. Typ KPT-8) bedeckt, eine Schicht wird auf die Oberfläche der Paste aufgetragen (im Gießverfahren). Quarzsand(Ich habe Sand aus einer Sicherung verwendet), dann wird der überschüssige Sand durch Abschütteln entfernt und der Transistor mit einer Klemme aus Isoliermaterial fest angedrückt. Bei Werkstests dieser Methode hielt die „Dichtung“ einer kurzzeitigen Spannungsversorgung von 1000 Volt (von einem Megameter) stand.

Einige ausländische Hochleistungstransistoren werden in einem isolierten Gehäuse hergestellt – ein solcher Transistor kann ohne Verwendung von Dichtungen direkt am Kühlkörper befestigt werden (dies schließt jedoch die Verwendung von Wärmeleitpasten nicht aus!).

Die Wärmequelle im Transistor-Heizkörper-Umgebungssystem ist Kollektor P-NÜbergang. Der gesamte Wärmepfad in diesem System kann in drei Abschnitte unterteilt werden: Übergang – Transistorkörper, Transistorkörper – Kühlkörper, Kühlkörper – Umgebung. Aufgrund der nicht idealen Wärmeübertragungstemperaturen des Übergangs, des Transistorkörpers usw Umfeld unterscheiden sich erheblich. Dies geschieht, weil Wärme auf ihrem Weg auf einen gewissen Widerstand trifft, den sogenannten Wärmewiderstand. Dieser Widerstand ist gleich dem Verhältnis der Temperaturdifferenz an den Grenzen des Bereichs zur Verlustleistung. Dies lässt sich an einem Beispiel veranschaulichen: Laut Fachbuch beträgt der Wärmewiderstand des Sperrschichtkörpers des Transistors P214 4 Grad Celsius pro Watt. Das heißt, wenn die Verlustleistung am Übergang 10 Watt beträgt, ist der Übergang um 4*10=40 Grad „wärmer“ als der Fall! Berücksichtigt man die Tatsache, dass die maximale Sperrschichttemperatur 85 Grad beträgt, wird deutlich, dass die Gehäusetemperatur bei der angegebenen Leistung 85-40 = 45 Grad Celsius nicht überschreiten sollte. Das Vorhandensein eines Wärmewiderstands des Strahlers führt zu einem erheblichen Temperaturunterschied in seinen Abschnitten, die sich in unterschiedlichen Abständen vom Installationsort des Transistors befinden. Dies bedeutet, dass nicht die gesamte Oberfläche des Heizkörpers an der aktiven Wärmeübertragung beteiligt ist, sondern nur der Teil davon, der die höchste Temperatur aufweist und daher auf die bestmögliche Weise mit Luft gewaschen. Dieser Teil wird als wirksame Oberfläche des Strahlers bezeichnet. Je höher die Wärmeleitfähigkeit des Heizkörpers ist, desto größer ist sie. Die Wärmeleitfähigkeit des Heizkörpers hängt von den Eigenschaften des Materials, aus dem der Kühlkörper besteht, und seiner Dicke ab. Deshalb werden zur Herstellung von Kühlkörpern Kupfer oder Aluminium verwendet.

Die vollständige Berechnung eines Heizkörpers ist ein sehr arbeitsintensiver Prozess. Für eine grobe Berechnung können Sie folgende Daten heranziehen: Um 1 Watt der von einem Halbleiterbauelement erzeugten Wärme abzuleiten, reicht es aus, eine Kühlkörperfläche von 30 Quadratzentimetern zu nutzen.

Diodenbezeichnung		Max. Temp. env. Umfeld	Kühlerbereich
KD202A, KD202V			OHNE KÜHLER
KD202D,KD202Zh
KD202K,KD202M
KD202B,KD202G
KD202E,KD202I
KD202L, KD202N

Die Zeitschrift „Radioamator-Constructor“ veröffentlichte einen Artikel eines unbekannten Autors über eine Methode zur vereinfachten Berechnung von Strahlern. .

Literatur

Es gibt einen Parameter wie den Wärmewiderstand. Sie gibt an, um wie viel Grad sich ein Gegenstand erwärmt, wenn 1 W Leistung an ihn abgegeben wird. Leider wird dieser Parameter in Transistor-Nachschlagewerken selten angegeben. Beispielsweise beträgt der Wärmewiderstand für einen Transistor in einem TO-5-Gehäuse 220 °C pro 1 W. Das heißt, wenn 1 W Leistung im Transistor freigesetzt wird, erwärmt sich dieser um 220 °C. Wenn eine Erwärmung auf nicht mehr als 100 °C zulässig ist, beispielsweise 80 °C relativ Raumtemperatur, dann stellen wir fest, dass dem Transistor nicht mehr als 80/220 = 0,36 W zugewiesen werden sollten. Zukünftig halten wir es für akzeptabel, einen Transistor oder Thyristor nicht mehr als 80 °C zu erhitzen.

Es gibt eine grobe Formel zur Berechnung des Wärmewiderstands eines Kühlkörpers Q = 50/VS °C/W, (1) wobei S die Oberfläche des Kühlkörpers ist, ausgedrückt in Quadratzentimeter. Daraus kann die Oberfläche mit der Formel S = 2 berechnet werden.
Betrachten wir als Beispiel die Berechnung des Wärmewiderstands der in der Abbildung dargestellten Struktur. Das Kühlkörperdesign besteht aus 5 Aluminiumplatten, die zu einem Paket zusammengefügt sind. Angenommen, B = 20 cm, T = 10 cm und die Höhe (in der Abbildung nicht dargestellt) beträgt 12 cm, jeder „Vorsprung“ hat eine Fläche von 10x12 = 120 cm2 und unter Berücksichtigung beider Seiten 240 cm2. Zehn „Vorsprünge“ haben eine Fläche von 2400 cm2 und die Platte hat zwei Seiten x 20 x 12 = 480 cm2. Insgesamt erhalten wir S=2880 cm2. Mit Formel (1) berechnen wir Q=0,93°C/W. Bei einer akzeptablen Erwärmung von 80°C ergibt sich eine Verlustleistung von 80/0,93 = 90 W.

Führen wir nun die umgekehrte Berechnung durch.
Angenommen, Sie benötigen ein Netzteil mit einer Ausgangsspannung von 12 V und einem Strom von 10 A. Nach dem Gleichrichter haben wir 17 V, daher beträgt der Spannungsabfall am Transistor 5 V, was bedeutet, dass die Leistung an ihm 50 W beträgt. Bei einer akzeptablen Erwärmung von 80°C erhalten wir den erforderlichen Wärmewiderstand Q=80/50=1,6°C/W. Anschließend ermitteln wir mit Formel (2) S = 1000 cm2.

Literatur
Konstrukteur Nr. 4/2000

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• 27.09.2014

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Beim Betrieb eines Halbleiterbauelements wird in seinem Kristall Energie freigesetzt, die zu dessen Erwärmung führt. Wird mehr Wärme freigesetzt, als in den umgebenden Raum abgegeben wird, steigt die Temperatur des Kristalls und kann den maximal zulässigen Wert überschreiten. In diesem Fall wird seine Struktur irreversibel zerstört.

Folglich wird die Zuverlässigkeit von Halbleiterbauelementen maßgeblich von bestimmt ihre Kühleffizienz. Am effektivsten ist der konvektive Kühlmechanismus, bei dem die Wärme durch einen Strom gasförmigen oder flüssigen Kühlmittels abgeführt wird, der die gekühlte Oberfläche umspült.

Je größer die gekühlte Oberfläche, desto effizienter ist die Kühlung und daher müssen leistungsstarke Halbleiterbauelemente auf Metallkühlern installiert werden, die über eine entwickelte gekühlte Oberfläche verfügen. Als Kühlmittel wird üblicherweise Umgebungsluft verwendet.

Je nach Art der Bewegung des Kühlmittels werden sie unterschieden:

• natürliche Belüftung;
• Zwangsbelüftung.

Falls natürliche Belüftung Das Kühlmittel bewegt sich aufgrund des Luftzuges, der in der Nähe des beheizten Kühlers entsteht. Bei der Zwangsbelüftung wird das Kühlmittel über einen Ventilator bewegt. Im zweiten Fall können höhere Durchflussraten und damit bessere Kühlbedingungen erzielt werden.

Thermische Berechnungen kann stark vereinfacht werden, wenn wir ein thermisches Kühlungsmodell verwenden (Abb. 18.26). Dabei verursacht die Differenz zwischen der Kristalltemperatur T J und der Umgebungstemperatur T A einen Wärmefluss, der sich vom Kristall über thermische Widerstände R JC (Chip – Gehäuse) in die Umgebung bewegt ), R CS (Gehäuse – Kühler) und R SA (Kühler – Umgebung).

Abbildung 18.26. Modell mit thermischer Kühlung

Der Wärmewiderstand hat die Dimension °C/W. Insgesamt maximaler Wärmewiderstand R JA im Abschnitt „Kristall – Umgebung“ kann mithilfe der Formel ermittelt werden:

wobei R PP die Verlustleistung des Halbleiterbauelementchips W ist.

Der Wärmewiderstand R JC und R CS ist in den Referenzdaten für Halbleiterbauelemente angegeben. Den Referenzdaten zufolge beträgt der thermische Widerstand des Transistors IRFP250N im Kristall-Kühler-Bereich beispielsweise R JC + R CS = 0,7 + 0,24 = 0,94 °C/W.

Das heißt, wenn 10 W Leistung auf den Chip abgegeben werden, ist dessen Temperatur um 9,4 °C höher als die Temperatur des Kühlers.

Wärmewiderstand des Kühlkörpers kann mit der Formel ermittelt werden:

In Abb. 18.27 zeigt grafische Beziehungen zwischen dem Umfang des Abschnitts Aluminiumkühler und sein thermischer Widerstand für natürliche (rote Linie) und erzwungene (blaue Linie) Kühlung durch Luftströmung.

Standardmäßig wird davon ausgegangen:

Wenn die Kühlbedingungen von den Standardbedingungen abweichen, kann die erforderliche Korrektur mithilfe der Diagramme in Abb. vorgenommen werden. 18.28 - Abb. 18.30.

Reis. 18.27. Beziehungen zwischen dem Querschnitt eines Aluminiumkühlers und seinem Wärmewiderstand

Reis. 18.28. Korrekturfaktor für den Temperaturunterschied zwischen Heizkörper und Umgebung

Reis. 18.29. Korrekturfaktor für die Luftgeschwindigkeit

Reis. 18.30. Korrekturfaktor für die Strahlerlänge

Berechnen wir beispielsweise einen Kühler, der einen ERST-Transistor, bestehend aus 20 Transistoren des Typs IRFP250N, kühlt. Der Strahler kann für einen Transistor berechnet und die resultierende Größe dann um das 20-fache erhöht werden.

Da die Gesamtverlustleistung des Schlüsseltransistors 528 W beträgt, beträgt die Verlustleistung jedes IRFP250N-Transistors 528/20 = 26,4 W. Der Kühler muss liefern maximale Temperatur Transistorkristall nicht über +110 °C bei einer maximalen Umgebungstemperatur von +40 °C.

Wir werden finden thermischer Widerstand R JA für einen IRFP250N-Transistor:

Jetzt lasst uns finden Wärmewiderstand des Kühlkörpers:

Wenn wir die maximale Temperatur des Kristalls und den Wärmewiderstand im Kristall-Kühler-Abschnitt kennen, bestimmen wir die maximale Temperatur des Strahlers:

Anhand des Diagramms (Abb. 18.28) ermitteln wir den Korrekturfaktor Kt für die Temperaturdifferenz zwischen Heizkörper und Umgebung:

Wird zur Kühlung des Kühlers verwendet Lüfter Typ 1.25EV-2.8-6-3270U4, mit einer Kapazität von 280 m3/h. Um den Durchfluss zu berechnen, müssen Sie die Kapazität durch den Querschnitt des vom Ventilator geblasenen Luftkanals dividieren.

Wenn der Kanal eine Querschnittsfläche hat:

dann ist die Luftströmungsgeschwindigkeit gleich:

Anhand des Diagramms (Abb. 18.29) ermitteln wir den Korrekturfaktor K v für die tatsächliche Luftströmungsgeschwindigkeit:

Nehmen wir an, dass uns etwas zur Verfügung steht große Zahl Fertigheizkörper mit einem Querschnittsumfang von 1050 mm und einer Länge von 80 mm. Anhand des Diagramms (Abb. 18.30) ermitteln wir den Korrekturfaktor K L für die Länge des Strahlers:

Um die allgemeine Korrektur zu ermitteln, multiplizieren wir alle Korrekturfaktoren:

Unter Berücksichtigung der Änderungen muss der Kühler bereitgestellt werden thermischer Widerstand:

Anhand der Grafik (Abb. 18.27) stellen wir fest, dass ein Transistor einen Strahler mit einem Querschnittsumfang von 200 mm benötigt. Für eine Gruppe von 20 IRFP250N-Transistoren muss der Strahler einen Querschnittsumfang von mindestens 4000 mm haben. Da die verfügbaren Heizkörper einen Umfang von 1050 mm haben, müssen Sie 4 Heizkörper kombinieren.

Die ERST-Diode verbraucht weniger Leistung, aus Designgründen kann dafür jedoch ein ähnlicher Strahler verwendet werden.

Häufig geben Kühlerhersteller die Oberfläche des Kühlers an und nicht den Umfang und die Länge.

Um die Fläche des Heizkörpers mit der vorgeschlagenen Methode zu erhalten, reicht es aus, die Länge des Heizkörpers mit seinem Umfang S P = 400 8 = 3200 cm2 zu multiplizieren.