Нерідко, проектуючи потужний пристрій на силових транзисторах, або вдаючись до використання у схемі потужного випрямляча, ми стикаємося із ситуацією, коли необхідно розсіювати дуже багато теплової потужності, що вимірюється одиницями, а іноді й десятками ватів.

Наприклад, IGBT-транзистор FGA25N120ANTD від Fairchild Semiconductor, якщо його правильно змонтувати, теоретично здатний віддати через свій корпус близько 300 Вт теплової потужності при температурі корпусу в 25 °C! А якщо температура його корпусу буде 100 ° C, то транзистор зможе віддавати 120 Вт, що теж зовсім чимало. Але для того, щоб корпус транзистора в принципі зміг віддати це тепло, необхідно забезпечити йому належні робочі умови, щоб він раніше не згорів.

Усі силові ключівипускаються у таких корпусах, які можна легко встановити на зовнішній тепловідвід – радіатор. При цьому здебільшого металева поверхняключа або іншого пристрою у вивідному корпусі, електрично з'єднана з одним із висновків даного пристрою, наприклад, з колектором або зі стоком транзистора.

Так ось, завдання радіатора якраз і полягає в тому, щоб утримати транзистор, і головним чином його робочі переходи при температурі, що не перевищує максимально допустиму.

Андрій Повний

Один з найбільш важливих питаньстворення комфортних умовПроживання в будинку чи квартирі – це надійна, правильно розрахована та змонтована, добре збалансована система опалення. Саме тому створення такої системи – найголовніше завдання при організації будівництва власного будинку чи під час проведення капітального ремонтуу квартирі багатоповерхівки.

Незважаючи на сучасна різноманітністьсистем опалення різних типів, лідером за популярністю все ж таки залишається перевірена схема: контури труб з теплоносієм, що циркулює по них, і прилади теплообміну - радіатори, встановлені в приміщеннях. Здавалося б - все просто, батареї стоять під вікнами і забезпечують необхідний нагрівання ... Однак, необхідно знати, що тепловіддача від радіаторів повинна відповідати і площі приміщення, і низці інших специфічних критеріїв. Теплотехнічні розрахунки, Засновані на вимогах СНиП – досить складна процедура, що виконується фахівцями. Тим не менш, можна виконати її і самотужки, природно, з допустимим спрощенням. У цій публікації буде розказано, як самостійно провести розрахунок батарей опалення на площу приміщення, що обігрівається, з урахуванням різних нюансів.

Але, для початку, потрібно хоча б швидко ознайомитися з існуючими радіаторами опалення - від їх параметрів багато в чому залежатимуть і результати розрахунків, що проводяться.

Коротко про існуючі типи радіаторів опалення

• Сталеві радіатори панельної чи трубчастої конструкції.
• Чавунні батареї.
• Алюмінієві радіатори кількох модифікацій.
• Біметалеві радіатори.

Сталеві радіатори

Цей тип радіаторів не здобув собі особливої ​​популярності, незважаючи на те, що деяким моделям надається дуже елегантне дизайнерське оформлення. Проблема в тому, що недоліки таких приладів теплообміну суттєво перевищують їх переваги – невисоку ціну відносно невелику масу і простоту монтажу.

Тонкі сталеві стінкитаких радіаторів недостатньо теплоємні - швидко нагріваються, але й так само швидко остигають. Можуть виникнути проблеми і при гідравлічних ударах - зварні з'єднання листів іноді дають при цьому текти. Крім того, недорогі моделі, що не мають спеціального покриття, схильні до корозії, і термін служби таких батарей невеликий - зазвичай виробники дають їм досить невелику за тривалістю експлуатації гарантію.

У переважній більшості випадків сталеві радіаториє цілісною конструкцією, і варіювати тепловіддачу зміною числа секцій не дозволяють. Вони мають паспортну теплову потужність, яку відразу ж потрібно вибирати, виходячи з площі та особливостей приміщення, де вони плануються до встановлення. Виняток – деякі трубчасті радіаторимають можливість зміни кількості секцій, але це зазвичай робиться на замовлення, при виготовленні, а не в домашніх умовах.

Чавунні радіатори

Представники цього типу батарей, напевно, знайомі кожному ще з раннього дитинства – саме такі гармошки встановлювалися раніше буквально повсюдно.

Можливо, такі батареї МС -140-500 і не відрізнялися особливою витонченістю, зате вірно служили не одному поколінню мешканців. Кожна секція такого радіатора забезпечувала тепловіддачу 160 Вт. Радіатор збірний, і кількість секцій у принципі нічим не обмежувалася.

Нині у продажу чимало сучасних чавунних радіаторів. Їх вже відрізняє більш елегантний зовнішній вигляд, рівні гладкі зовнішні поверхні, які полегшують збирання. Випускаються і ексклюзивні варіанти, з цікавим рельєфним малюнком чавунного лити.

При цьому, такі моделі повністю зберігають основні переваги чавунних батарей:

• Висока теплоємність чавуну та масивність батарей сприяють тривалому збереженню та високій віддачі тепла.
• Чавунні батареї, при правильному складанні та якісному ущільненні з'єднань, не бояться гідроударів, перепадів температур.
• Можуть використовуватися практично будь-який теплоносій, так що такі батареї однаково хороші і для автономної, і для центральної систем опалення.

Якщо не брати до уваги зовнішні дані старих чавунних батарей, то з недоліків можна відзначити крихкість металу (неприпустимі акцентовані удари), відносну складність монтажу, пов'язану більшою мірою з масивністю. Крім того, далеко не будь-які стінові перегородки зможуть витримати вагу таких радіаторів.

Алюмінієві радіатори

Алюмінієві радіатори, з'явившись порівняно недавно, дуже швидко здобули популярність. Вони відносно недорогі, мають сучасний, досить елегантний зовнішній вигляд, мають відмінну тепловіддачу.

Якісні алюмінієві батареї здатні витримувати тиск 15 і більше атмосфер, високу температуру теплоносія – близько 100 градусів. При цьому теплова віддача від однієї секції деяких моделей досягає часом 200 Вт. Але при цьому вони невеликою масою (вага секції зазвичай до 2 кг) і не вимагають великого об'єму теплоносія (ємність - не більше 500 мл).

Алюмінієві радіатори представлені у продажу як набірними батареями, з можливістю зміни кількості секцій, так і цілісними виробами, які розраховані на певну потужність.

Недоліки алюмінієвих радіаторів:

• Деякі типи дуже схильні до кисневої корозії алюмінію, з високим ризиком газоутворення при цьому. Це висуває вимоги до якості теплоносія, тому такі батареї зазвичай встановлюють в автономних системахопалення.
• Деякі алюмінієві радіатори нерозбірної конструкції, секції яких виготовляються за технологією екструзії, можуть за певних несприятливих умов дати текти на з'єднаннях. При цьому провести ремонт просто неможливо, і доведеться змінювати всю батарею в цілому.

З усіх алюмінієвих батарейнайякісніші – виготовлені із застосуванням анодного оксидування металу. Цим виробам практично не страшна киснева корозія.

Зовні всі алюмінієві радіатори приблизно схожі, тому потрібно дуже уважно читати технічну документацію, роблячи вибір.

Біметалеві радіатори опалення

Подібні радіатори за своєю надійністю заперечують першість із чавунними, а за тепловою віддачею – з алюмінієвими. Причина тому полягає в їх особливій конструкції.

Кожна з секцій складається з двох, верхнього та нижнього сталевих горизонтальних колекторів (поз. 1), з'єднаних таким же сталевим вертикальним каналом (поз.2). З'єднання в єдину батарею проводиться високоякісними муфтами різьбовими (поз. 3). Висока тепловіддача забезпечується зовнішньою алюмінієвою оболонкою.

Сталеві внутрішні трубивиконані з металу, який не схильний до корозії або має захисне полімерне покриття. Ну а алюмінієвий теплообмінник ні в якому разі не контактує з теплоносієм, і корозія йому абсолютно не страшна.

Таким чином, виходить поєднання високої міцностіта зносостійкості з відмінними теплотехнічними показниками.

Ціни на популярні радіатори опалення

Радіатори опалення

Такі батареї не бояться навіть дуже великих стрибків тиску, високих температур. Вони, по суті, універсальні, і підходять для будь-яких систем опалення, щоправда, найкращі експлуатаційні характеристикивони все ж таки показують в умовах високого тиску центральної системи– для контурів з природною циркуляцієювони малопридатні.

Мабуть, єдиний їх недолік висока цінав порівнянні з будь-якими іншими радіаторами.

Для зручності сприйняття розміщено таблицю, в якій наведено порівняльні характеристикирадіаторів. Умовні позначенняу ній:

• ТС - трубчасті сталеві;
• Чг - чавунні;
• Ал - алюмінієві звичайні;
• АА – алюмінієві анодовані;
• БМ – біметалічні.

	Чг	ТС	Ал	АА	БМ
Тиск максимальний (атмосфер)
робоче	6-9	6-12	10-20	15-40	35
опресувальна	12-15	9	15-30	25-75	57
руйнування	20-25	18-25	30-50	100	75
Обмеження за рН (водневим показником)	6,5-9	6,5-9	7-8	6,5-9	6,5-9
Схильність до корозії під впливом:
кисню	ні	так	ні	ні	так
блукаючих струмів	ні	так	так	ні	так
електролітичних пар	ні	слабке	так	ні	слабке
Потужність секції при h = 500 мм; Dt=70°, Вт	160	85	175-200	216,3	до 200
Гарантія, років	10	1	3-10	30	3-10

Відео: рекомендації щодо вибору радіаторів опалення

Можливо, вас зацікавить інформація про те, що являє собою

Як розрахувати необхідну кількість секцій радіатора опалення

Зрозуміло, що встановлений у приміщенні радіатор (один або кілька) має забезпечити прогрівання до комфортної температурита компенсувати неминучі тепловтрати, незалежно від погоди на вулиці.

Базовою величиною для обчислень завжди є площа або об'єм кімнати. Самі по собі професійні розрахунки дуже складні, і враховують дуже велика кількістькритеріїв. Але для побутових потреб можна скористатися спрощеними методиками.

Найпростіші способи розрахунку

Вважають, що для створення нормальних умову стандартному житловому приміщенні достатньо 100 Вт на квадратний метрплощі. Таким чином, слід лише обчислити площу кімнати і помножити її на 100.

Q = S× 100

Q– потрібна тепловіддача від радіаторів опалення.

S- Площа приміщення, що обігрівається.

Якщо планується встановлення нерозбірного радіатора, це значення і стане орієнтиром для підбору необхідної моделі. У випадку, коли встановлюватимуться батареї, що допускають зміну кількості секцій, слід провести ще один підрахунок:

N = Q/ Qус

N– кількість секцій, що розраховується.

Qус- Питома теплова потужність однієї секції. Ця величина обов'язково вказується в технічному паспортіВироби.

Як бачите, ці розрахунки надзвичайно прості, і не вимагають будь-яких особливих знань математики - достатньо рулетки щоб виміряти кімнату і листка паперу для обчислень. Крім того, можна скористатися і таблицею, розташованою нижче – там наведено вже розраховані значення для кімнат різної площі та певних потужностей секцій обігріву.

Таблиця секції

Однак, слід пам'ятати, що ці значення – для стандартної висотистелі (2,7 м) багатоповерхівки. Якщо висота кімнати інша, краще прорахувати кількість секцій батареї, виходячи з обсягу приміщення. Для цього застосовується середній показник – 41 В т ттеплової потужності на 1 м³ обсягу в панельному будинку, або 34 Вт – у цегляному.

Q = S × h× 40 (34 )

де h- Висота стелі над рівнем підлоги.

Подальший розрахунок – нічим не відрізняється від поданого вище.

Детальний розрахунок з урахуванням особливостей приміщення

А тепер перейдемо до більш серйозних розрахунків. Спрощена методика обчислення, наведена вище, може зробити господарям будинки або квартири «сюрприз». Коли встановлені радіатори не створюватимуть у житлових приміщеннях необхідного комфортного мікроклімату. І причина тому – цілий перелік нюансів, на які розглянутий метод просто не враховує. А тим часом подібні нюанси можуть мати дуже важливе значення.

Отже, за основу знову береться площа приміщення і ті ж 100 Вт на м². Але сама формула вже виглядає дещо інакше:

Q = S× 100 × А × В × С ×D× Е ×F× G× H× I× J

Літерами від Адо Jумовно позначені коефіцієнти, що враховують особливості приміщення та встановлення у ньому радіаторів. Розглянемо їх по рядку:

А – кількість зовнішніх стіну приміщенні.

Зрозуміло, що чим вище площа контакту приміщення з вулицею, тобто чим більше в кімнаті зовнішніх стін, тим вищими є загальні тепловтрати. Цю залежність враховує коефіцієнт А:

• Одна зовнішня стіна – А = 1,0
• Дві зовнішні стіни – А = 1,2
• Три зовнішні стіни – А = 1,3
• Усі чотири стіни зовнішні – А = 1,4

В – орієнтація приміщення з боків світла.

Максимальні втрати втрати завжди в кімнатах, в які не надходить прямого сонячного світла. Це, безперечно, північний біквдома, і сюди ж можна віднести східну – промені Сонця тут бувають лише вранці, коли світило ще «не вийшло на повну потужність».

Південна та західна сторонабудинки завжди прогріваються Сонцем значно сильніше.

Звідси – значення коефіцієнта У :

• Кімната виходить північ чи схід – В = 1,1
• Південна чи західна кімнати – В = 1,тобто може не враховуватися.

С – коефіцієнт, що враховує ступінь утеплення стін.

Зрозуміло, що втрати з опалювального приміщення залежатимуть від якості термоізоляції зовнішніх стін. значення коефіцієнта З приймають рівним:

• Середній рівень - стіни викладені у дві цеглини, або передбачено їх поверхневе утеплення іншим матеріалом – З = 1,0
• Зовнішні стіни не утеплені. З = 1,27
• Високий рівень утеплення на основі теплотехнічних розрахунків З = 0,85.

D – особливості кліматичних умоврегіону.

Природно, що не можна дорівнювати всі базові показники необхідної потужності обігріву «під один гребінець» - вони залежать і від рівня зимових негативних температурхарактерного для конкретної місцевості. Це враховує коефіцієнт D.Для його вибору беруться середні температури найхолоднішої декади січня – зазвичай це значення нескладно уточнити у місцевій гідрометеорологічній службі.

• - 35 ° Зі нижче – D = 1,5
• - 25÷ - 35 ° З – D = 1,3
• до - 20 ° З – D = 1,1
• не нижче – 15° З – D = 0,9
• не нижче – 10° З – D = 0,7

Е – коефіцієнт висоти стелі приміщення.

Як говорилося, 100 Вт/м² — усереднене значення для стандартної висоти стель. Якщо вона відрізняється, слід ввести поправний коефіцієнт Е:

• До 2,7 м – Е = 1,0
• 2,8 – 3, 0 м – Е = 1,05
• 3,1 – 3, 5 м – Е = 1, 1
• 3,6 – 4, 0 м – Е = 1,15
• Понад 4,1 м – Е = 1,2

F-коефіцієнт, що враховує тип приміщення, розташованого вище

Влаштовувати систему опалення в приміщеннях з холодною підлогою – безглузде заняття, і господарі завжди в цьому питанні вживають заходів. А ось тип приміщення, розташованого вище, часто від них не залежить. А тим часом, якщо зверху житлове чи утеплене приміщення, то загальна потребау тепловій енергії значно знизиться:

• холодне горище або неопалюване приміщення – F = 1,0
• утеплене горище (у тому числі – і утеплена покрівля) – F = 0,9
• опалювальне приміщення – F = 0,8

G-коефіцієнт обліку типу встановлених вікон.

Різні віконні конструкціїсхильні до тепловтрат неоднаково. Це враховує коефіцієнт G:

• звичайні дерев'яні рамиз подвійним склінням – G = 1,27
• вікна оснащені однокамерним склопакетом(2 скла) – G = 1,0
• однокамерний склопакет з аргоновим заповненням або подвійний склопакет (3 стекла) G = 0,85

Н – коефіцієнт площі скління приміщення.

Загальна кількість втрат залежить і від сумарної площі вікон, встановлених у приміщенні. Ця величина розраховується виходячи з відношення площі вікон до площі приміщення. Залежно від отриманого результату знаходимо коефіцієнт Н:

• Відношення менше 0,1 - Н = 0, 8
• 0,11 ÷ 0,2 – Н = 0, 9
• 0,21 ÷ 0,3 – Н = 1, 0
• 0,31÷ 0,4 – Н = 1, 1
• 0,41 ÷ 0,5 – Н = 1,2

I-коефіцієнт, що враховує схему підключення радіаторів.

Від того, як підключені радіатори до труб подачі та обратки, залежить їхня тепловіддача. Це також слід врахувати при плануванні встановлення та визначення потрібної кількостісекцій:

• а – діагональне підключення, подача зверху, звернення знизу – I = 1,0
• б – одностороннє підключення, подача зверху, обратка знизу – I = 1,03
• в – двостороннє підключення, і подача, і обратка знизу – I = 1,13
• г – діагональне підключення, подача знизу, звернення зверху – I = 1,25
• д – одностороннє підключення, подача знизу, звернення зверху – I = 1,28
• е – одностороннє нижнє підключеннязвернення та подачі – I = 1,28

J-коефіцієнт, що враховує ступінь відкритості встановлених радіаторів.

Багато залежить і від того, наскільки встановлені батареївідкриті для вільного теплообміну із повітрям приміщення. Наявні чи штучно створені перепони здатні суттєво знизити тепловіддачу радіатора. Це враховує коефіцієнт J:

а – радіатор розташований відкрито на стіні або не прикритий підвіконням – J = 0,9

б – радіатор прикритий зверху підвіконням або полицею – J = 1,0

в – радіатор прикритий зверху горизонтальним виступом стінової ніші – J = 1,07

г - радіатор зверху прикритий підвіконням, а з фронтальної сторони — частиничноприкритий декоративним кожухом – J = 1,12

д – радіатор повністю прикритий декоративним кожухом – J = 1,2

⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰ ⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰ ⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰ ⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰

Ну ось нарешті і все. Тепер можна підставляти у формулу потрібні значення та відповідні умовам коефіцієнти, і на виході вийде необхідна теплова потужність для надійного обігріву приміщення з урахуванням усіх нюансів.

Після цього залишиться або підібрати нерозбірний радіатор з потрібною тепловою віддачею, або розділити обчислене значення на питому теплову потужність однієї секції батареї обраної моделі.

Напевно, багатьом такий підрахунок видасться надмірно громіздким, у якому легко заплутатися. Для полегшення проведення обчислень пропонуємо скористатися спеціальним калькулятором – у нього вже закладено всі необхідні величини. Користувачеві залишається лише ввести вихідні значення, що запитуються, або вибрати зі списків потрібні позиції. Кнопка «розрахувати» одразу призведе до отримання точного результату із заокругленням у більшу сторону.

Радіатори для напівпровідникових приладів

Під час роботи потужні напівпровідникові приладивиділяють у довкілля певну теплоту. Якщо не подбати про їхнє охолодження, транзистори та діоди можуть вийти з ладу через перегрівання робочого кристала. Забезпечення нормального теплового режиму транзисторів (і діодів) – одне з важливих завдань. Для правильного рішенняцієї задачі потрібно мати уявлення про роботу радіатора та технічно грамотне його конструювання.

Як відомо, будь-який нагрітий предмет охолоджуючись віддає тепло навколишньому середовищу. Поки кількість тепла, що виділяється в транзисторі, більше відданого їм середовищі - температура корпусу транзистора безперервно зростатиме. При деякому її значенні настає так званий тепловий баланс, тобто рівність кількостей тепла, що розсіюється і виділяється. Якщо температура теплового балансу менша за максимально допустиму для транзистора - він буде надійно працювати. Якщо ця температура вища за допустиму максимальну температуру - транзистор вийде з ладу. Для того щоб тепловий баланс наступав при нижчій температурі, необхідно збільшити тепловіддачу транзистора.

Відомі три способи передачі тепла: Теплопровідність, Променів і Конвекція. Теплопровідність повітря зазвичай мала - цим значенням при розрахунку радіатора можна знехтувати. Частка тепла, що розсіюється променевипусканням, значна лише при високих температурах (кілька сотень градусів за Цельсієм), тому цією величиною при відносно низьких температурах роботи транзисторів (не більше 60-80 градусів) також можна знехтувати. Конвекція - це рух повітря у зоні нагрітого тіла, зумовлений різницею температур повітря та тіла. Кількість тепла, що віддається нагрітим предметом, пропорційно різниці температур предмета та повітря, площі поверхні та швидкості повітряного потоку, що омиває тіло.

У молодості я зіткнувся з оригінальним рішеннямвідведення тепла від потужних вихідних транзисторів Транзистори (тоді для побудови підсилювачів застосовували транзистори типу П210) на довгих проводах були поза корпусом. До корпусу було прикручено дві пластикові баночки з водою, а транзистори лежали в них. Таким чином було забезпечено "водяне" ефективне охолодження. Коли вода в баночках нагрівалася - її просто заміняли на холодну... Замість води можна використовувати мінеральну (рідку) або трансформаторна олія...Наразі промисловість почала серійно випускати водяні системи охолодження процесорів та відеокарт комп'ютерів - за принципом автомобільних радіаторів (але це - вже, на мій погляд, екзотика...).

Для забезпечення ефективного відведення тепла від кристала напівпровідника застосовують тепловідведення (радіатори). Познайомимося з деякими конструкціями радіаторів.

На наведених малюнках показано чотири різновиди тепловідведення.

Найпростішим із них є пластинчастий радіатор. Площа його поверхні дорівнює сумі площ двох сторін. Ідеальною формою такого тепловідведення є коло, далі йдуть квадрат та прямокутник. Пластинчастий радіатор доцільно застосовувати за невеликих потужностей розсіювання. Встановлюватися такий радіатор повинен вертикально, інакше ефективна площа розсіювання знижується.

Удосконалений пластинчастий тепловідведення є набір з декількох пластин, загнутих в різні боки. Цей радіатор при площі поверхні, що дорівнює найпростішому пластинчастому, має менші габарити. Встановлюється таке тепловідведення аналогічно пластинчастому. Кількість пластин може бути різною – залежно від необхідної поверхні. Площа розсіювання такого радіатора дорівнює сумі площ усіх загнутих ділянок пластин плюс площа поверхні центральної частини. Це тип радіатора має і недоліки: знижену ефективність відведення тепла від усіх пластин, а також неможливість отримання ідеально прямої поверхні в місцях з'єднання між собою пластин.

Для виготовлення пластинчастих радіаторів слід використовувати пластини з товщиною не менше ніж 1,5 (краще - 3) міліметрів.

Ребристий радіатор - зазвичай цільнолітий, або фрезерований - може бути з одним або двостороннім ребра. Двостороннє ребра дозволяє збільшити площу поверхні. Площа поверхні такого тепловідведення дорівнює сумі площ поверхні всіх пластин та сумі площі поверхні основного тіла радіатора.

Найефективнішим із усіх перерахованих є штирьовий (або голчастий) радіатор. При мінімальному обсязітакий радіатор має максимальну ефективну площу розсіювання. Площа поверхні такого тепловідведення дорівнює сумі площ кожного штиря та площі основного тіла.

Також є тепловідведення з примусовою подачею повітря (приклад - кулер процесора у вашому комп'ютері). Ці тепловідведення при невеликій площі поверхні радіатора здатні розсіювати в навколишнє середовище значні потужності (наприклад - процесор середньої швидкодії Р-1000 виділяє, залежно від завантаження 30-70 Вт теплової енергії). Недолік таких тепловідводів - підвищений шум при експлуатації та обмежений термін роботи (механічне зношування вентилятора).

Матеріалом для радіаторів зазвичай служить алюміній та його сплави. Найкращою ефективністю мають тепловідведення, виконані з міді, але вага і вартість таких радіаторів вища, ніж у алюмінієвих.

Напівпровідниковий прилад кріпиться на тепловідведення за допомогою спеціальних фланців. Якщо необхідно ізолювати прилад від радіатора – застосовуються різні ізоляційні прокладки. Застосування прокладок знижує ефективність передачі тепла від кристала, тому, якщо є можливість, краще ізолювати тепловідведення від шасі конструкції. Для більш ефективного відведення тепла поверхня, яка стикається з напівпровідниковим приладом, має бути рівною та гладкою. Для підвищення ефективності застосовують спеціальні термопасти (наприклад, "КПТ-8"). Застосування термопаст сприяє зменшенню теплового опору ділянки "корпус - тепловідведення" і дозволяє дещо знизити температуру кристала. Як прокладки використовують слюду, різні плівки з пластмаси, кераміку. Свого часу мною було отримано авторське свідоцтво щодо способу ізолювання корпусу транзистора від тепловідведення. Суть даного методу полягає в наступному: Поверхня тепловідведення покривається тонким шаром термопасти (наприклад типу КПТ-8), на поверхню пасти наноситься (методом насипання) шар кварцового піску(я використовував пісок з плавкого запобіжника), далі надлишок піску видаляється струшуванням і транзистор притискається щільно за допомогою хомута, виготовленого з ізоляційного матеріалу. При заводських випробуваннях даного методу "прокладка" витримувала короткочасно подачу напруги 1000 вольт (від мегометра).

Деякі зарубіжні потужні транзистори випускаються в ізольованому корпусі - такий транзистор можна кріпити безпосередньо до тепловідведення без застосування будь-яких прокладок (але це не виключає застосування термопаст!).

Джерелом тепла в системі транзистор-радіатор-довкілля є колекторний P-Nперехід. Весь шлях тепла в цій системі можна розділити на три ділянки: перехід – корпус транзистора, корпус транзистора – тепловідведення, тепловідведення – навколишнє середовище. Внаслідок неідеальності передачі тепла температури переходу, корпусу транзистора та навколишнього середовищасуттєво відрізняються. Це тому, що тепло своєму шляху зустрічає деяке опір, зване тепловим опором. Цей опір дорівнює відношенню різниці температур на межах ділянки до потужності, що розсіюється. Сказане можна проілюструвати прикладом: за довідником тепловий опір перехід-корпус транзистора П214 дорівнює 4 градуси за Цельсієм на ват. Це означає, що в разі розсіювання на переході потужності в 10 Вт, перехід буде "тепліше" корпусу на 4 * 10 = 40 градусів! Якщо врахувати при цьому той факт, що максимальна температура переходу дорівнює 85 градусів, то стане зрозуміло, що температура корпусу при зазначеній потужності не повинна перевищувати 85-40 45 градусів Цельсія. Наявність теплового опору радіатора є причиною істотної різниці температури його ділянок, різновіддалених від місця встановлення транзистора. Це означає, що в активній віддачі тепла бере участь не вся поверхня радіатора, а лише частина її, яка має найвищу температуру і тому найкращим чиномомивається повітрям. Ця частина називається ефективною поверхнею радіатора. Вона буде тим більшою, чим вище теплопровідна здатність радіатора. Теплопровідна здатність радіатора залежить від властивостей матеріалу з якого виготовлений тепловідведення та його товщини. Ось тому для виготовлення тепловідведення використовують мідь або алюміній.

Повний розрахунок радіатора – дуже трудомісткий процес. Для грубого розрахунку можна використовувати такі дані: Для розсіювання 1 вата тепла, що виділяється напівпровідниковим приладом, достатньо використовувати площу тепловідведення, що дорівнює 30 квадратним сантиметрам.

Позначення діода		Макс. Темпер. окр. середи	Площа радіатора
КД202А,КД202В			БЕЗ РАДІАТОРА
КД202Д,КД202Ж
КД202К, КД202М
КД202Б, КД202Г
КД202Е, КД202І
КД202Л, КД202Н

У журналі "Радіоаматор-Конструктор" було опубліковано статтю невідомого автора за методикою спрощеного розрахунку радіаторів. .

Література

Є такий параметр, як тепловий опір. Він показує, скільки градусів нагрівається об'єкт, якщо у ньому виділяється потужність 1 Вт. На жаль, у довідниках з транзисторів такий параметр наводиться рідко. Наприклад, для транзистора в корпусі ТО-5 тепловий опір дорівнює 220 ° С на 1 Вт. Це означає, що у транзисторі виділяється 1 Вт потужності, він нагріється на 220°С. Якщо допускати нагрівання не більше ніж до 100°С, наприклад, на 80°С щодо кімнатної температури, то отримаємо, що у транзисторі має виділятися трохи більше 80/220 = 0,36 Вт. Надалі вважатимемо допустимим нагрівання транзистора чи тиристора трохи більше, ніж 80°С.

Існує груба формула для розрахунку теплового опору тепловідведення Q = 50/ VS °С/Вт, (1) де S - площа поверхні тепловідведення, виражена в квадратних сантиметрах. Звідси площу поверхні можна розрахувати за формулою S = 2.
Розглянемо як приклад розрахунок теплового опору конструкції, показаної малюнку. Конструкція тепловідведення складається із 5 алюмінієвих пластин, зібраних у пакет. Припустимо, W=20 см, D=10 см, а висота (на малюнку не показано) 12 см, кожен «виступ» має площу 10х12 = 120 см2, а з урахуванням обох сторін 240 см2. Десять «виступів» мають площу 2400 см2, а пластина дві сторони х 20 х 12 = 480 см2. Разом отримуємо S = 2880 см2. За формулою (1) розраховуємо Q = 0,93 ° С/Вт. При допустимому нагріванні на 80 ° С отримуємо потужність розсіювання 80/0,93 = 90 Вт.

Тепер проведемо зворотний розрахунок.
Припустимо, потрібен блок живлення з вихідною напругою 12 і струмом 10 А. Після випрямляча маємо 17 В, отже, падіння напруги на транзисторі становить 5 В, а значить, потужність на ньому 50 Вт. При допустимому нагріванні на 80°С отримаємо потрібний тепловий опір Q=80/50=1,6°C/Вт. Тоді за формулою (2) визначимо S = 1000 см2.

Література
Конструктор №4/2000

• Схожі статті

Увійти за допомогою:

Випадкові статті

• 20.09.2014

  Загальні відомостіПро електропроводки Електропроводкою називається сукупність проводів і кабелів з кріпленнями, що відносяться до них, підтримують і захисними конструкціями. Прихована електропроводка має ряд переваг перед відкритою: вона безпечніша і довговічніша, захищена від механічних пошкоджень, гігієнічна, не захаращує стін та стель. Але вона дорожча, і її важче замінити за потреби. …

• 27.09.2014

  На основі К174УН7 можна зібрати не складний генератор з 3 під діапазонами: 20…200, 200…2000 та 2000…20000Гц. ПІС визначає частоту коливань, що генеруються, вона побудована на елементах R1-R4 і С1-С6. Ланцюг негативної ОС зменшує нелінійні спотворення сигналу і стабілізує його амплітуду утворена резистором R6 і лампою розжарювання Н1. При вказівних номіналах схеми …

Під час роботи напівпровідникового приладу у його кристалі виділяється потужність, що призводить до розігріву останнього. Якщо тепла виділяється більше, ніж розсіюється в навколишньому просторі, температура кристала буде зростати і може перевищити максимально допустиму. При цьому його структура буде незворотно зруйнована.

Отже, надійність роботи напівпровідникових приладів багато в чому визначається ефективністю їх охолодження. Найбільш ефективним є конвективний механізм охолодження, при якому тепло відносить потік газоподібного або рідкого теплоносія, що омиває поверхню, що охолоджується.

Чим більше поверхня, що охолоджується, тим ефективніше охолодження, і тому потужні напівпровідникові прилади потрібно встановлювати на металеві радіатори, що мають розвинену поверхню, що охолоджується. Як теплоносій зазвичай використовується навколишнє повітря.

За способом переміщення теплоносія розрізняють:

• природну вентиляцію;
• примусову вентиляцію.

У випадку природної вентиляціїпереміщення теплоносія здійснюється за рахунок тяги, що виникає біля нагрітого радіатора. У разі примусової вентиляції рух теплоносія здійснюється за допомогою вентилятора. У другому випадку можна отримати великі швидкості потоку і, відповідно, найкращі умови охолодження.

Теплові розрахункиможна сильно спростити, якщо використовувати теплову модель охолодження (рис. 18.26) Тут різниця між температурою кристала T J і температурою середовища Т A викликає тепловий потік, що рухається від кристала до навколишнього середовища через теплові опори R JC (кристал - корпус), R CS ( корпус - радіатор) та R SA (радіатор - навколишнє середовище).

Рис. 18.26. Теплова модель охолодження

Тепловий опір має розмірність °С/Вт. Сумарний максимальний тепловий опір R JA на ділянці кристал - навколишнє середовище можна знайти за формулою:

де Р ПП - Потужність, що розсіюється на кристалі напівпровідникового приладу, Вт.

Тепловий опір R JC та R CS вказується у довідкових даних на напівпровідникові прилади. Наприклад, згідно з довідковими даними, на транзистор IRFP250N, його тепловий опір на ділянці кристал-радіатор дорівнює R JC + R CS = 0,7 + 0,24 = 0,94 °С/Вт.

Це означає, що якщо на кристалі виділяється потужність 10 Вт, то його температура буде на 9,4 ° С більша за температуру радіатора.

Тепловий опір радіатораможна знайти за формулою:

На рис. 18.27 наводяться графічні залежності між периметром перерізу алюмінієвого радіатората його тепловим опором для природного (червона лінія) та примусового (синя лінія) охолодження повітряним потоком.

За умовчанням вважається, що:

Якщо умови охолодження від прийнятих за умовчанням, то необхідну поправку можна внести, скориставшись графіками на рис. 18.28 – рис. 18.30.

Мал. 18.27. Залежності між перетином алюмінієвого радіатора та його тепловим опором

Мал. 18.28. Поправочний коефіцієнт на різницю температури радіатора та навколишнього середовища

Мал. 18.29. Поправочний коефіцієнт на швидкість повітряного потоку

Мал. 18.30. Поправочний коефіцієнт на довжину радіатора

Наприклад розрахуємо радіатор, що забезпечує охолодження транзистора ЕРСТ, що складається з 20-ти транзисторів типу IRFP250N. Розрахунок радіатора можна вести для одного транзистора, а потім отриманий розмір збільшити у 20 разів.

Оскільки на ключовому транзисторі розсіюється сумарна потужність 528 Вт, то кожному транзисторі IRFP250N розсіюється потужність 528/20 = 26,4 Вт. Радіатор має забезпечувати максимальну температурукристала транзистора трохи більше +110 °З при максимальній температурі навколишнього середовища +40 °З.

Знайдемо тепловий опір R JA для одного транзистора IRFP250N:

Тепер знайдемо тепловий опір радіатора:

Знаючи максимальну температуру кристала та тепловий опір на ділянці кристал-радіатор, визначимо максимальну температуру радіатора:

За графіком (рис. 18.28) визначимо поправочний коефіцієнт Кт на різницю температури радіатора та навколишнього середовища:

Для охолодження радіатора використовується вентилятортипу 1,25ЕВ-2,8-6-3270У4, що має продуктивність 280 м3/год. Щоб обчислити швидкість потоку, потрібно розділити продуктивність на переріз повітроводу, що продувається вентилятором.

Якщо повітропровід має площу поперечного перерізу:

то швидкість повітряного потоку дорівнюватиме:

За графіком (рис. 18.29) визначимо поправочний коефіцієнт K v реальну швидкість повітряного потоку:

Припустимо, що у нашому розпорядженні є велика кількістьготових радіаторів, що мають периметр перерізу 1050 мм та довжину 80 мм. За графіком (рис. 18.30) визначимо поправний коефіцієнт K L на довжину радіатора:

Щоб знайти загальну поправку, перемножимо всі поправні коефіцієнти:

З урахуванням поправок, радіатор має забезпечувати тепловий опір:

За допомогою графіка (рис. 1827) знайдемо, що для одного транзистора потрібен радіатор з периметром перерізу 200 мм. Для групи з 20 транзисторів IRFP250N радіатор повинен мати периметр перерізу не менше 4000 мм. Так як наявні радіатори мають периметр 1050 мм, то доведеться об'єднати 4 радіатора.

На діоді ЕРСТ розсіюється менша потужність, але з конструктивних міркувань йому можна використовувати аналогічний радіатор.

Найчастіше виробники охолоджувачів вказують площу поверхні радіатора, а чи не периметр і довжину.

Щоб із запропонованої методики отримати площу радіатора, достатньо помножити довжину радіатора на його периметр S P = 400 8 = 3200 см2.