Файл: Курсовой проект по дисциплине Теплофизические процессы в электронных средствах.docx

Скачать файл (1,98Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 05.05.2024

Просмотров: 164

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

; в месте крепления прибора к радиатору температура

, а средняя температура основания радиатора

. При выборе радиатора предполагается, что удельная мощность рассеивания q задана и точка пересечения параметров

−

и q указывает область, которой соответствует определенный тип радиатора и условия охлаждения.

Перегрев в месте крепления компонента к радиатору определяется по формуле:

(5)
где

– внутреннее тепловое сопротивление прибора между рабочей областью и корпусом, обычно берется из ТУ, но если там оно не указано, то можно рассчитать по формуле;

– тепловое сопротивление контакта, зависит от теплового сопротивления термопасты или силиконовой прокладки;

– температура окружающей среды, берется из ТЗ;

– предельная температура рабочей области прибора, берется из ТУ;

– температура в месте крепления прибора к радиатору, Ф – мощность, которую должен рассеять радиатор, равна мощности транзистора.

− данное сопротивление практически полностью обусловлено качеством присоединения модуля к охладителю. Разумеется, при присоединении модуля все винты должны быть затянуты (и затянуты в правильном порядке), неплоскостность охладителя должна быть минимальна (в идеале - не более 30 мкм), шероховатость так же должна быть минимальна (не более 2,5 мкм). Но даже в таких идеальных условиях величина ????к не совсем понятна, необходим расчёт (6).

(6)
где h – толщина прокладки; R – тепловое сопротивление материала прокладки/термопасты (термическое сопротивление корпус-радиатор); S – площадь прокладки/термопасты.

Толщина слоя пасты, в идеальном случае, должна составлять 0,02…0,05 мм, но допустим слой и до 0,1 мм. На практике, толщина слоя обычно составляет около 0,1 мм, а порою доходит и до 0,2…0,3 мм при значительной шероховатости или неплоскостности охладителя.

Представим реальный случай: контакт радиатора с транзистором осуществляется термопастой ZALMAN ZM – STG2 с

= 30 мкм, ???? = 4,1 Вт/(м ∙ К) и без силиконовой прокладки.

Площадь контакта корпуса транзистора с радиатором, исходя из рисунка нашего транзистора с его параметрами, будет равна:
S = 6,8

5,5= 37,4

.
Тогда

0,19 К/Вт

Максимальная температура p-n перехода рассчитывается по формуле (7).

, (7)
Из ТУ:

.

Мы видим, что мощность транзистора P не превышает

, следовательно данный транзистор можно применять в этих условиях.

Из формулы (6) следует, что

можно найти по формуле (8).

Тогда

.

Вернемся к формуле (5) , подставим значения и получим перегрев в месте крепления компонента к радиатору:

Необходимо определить средний перегрев основания радиатора.

, (9)
где

температура окружающей среды, а

температура радиатора.

, (10)
где

– температура кристалла (120

– мощность потерь прибора (15Вт),

– тепловое сопротивление кристалл-корпус (2,5К/Вт),

– тепловое сопротивление корпус-радиатор (0,19К/Вт).

Подставим имеющиеся значения в формулу (9) и получим перегрев основания радиатора:

Теперь, для выбора радиатора остается только рассчитать удельную плотность теплового потока, рассеиваемого радиатором (11).

Ф – тепловой поток, рассеиваемый радиатором, который равен мощности транзистора (Ф = 15 Вт); F– площадь основания радиатора. Для расчета радиатора можно использовать следующие данные: для рассеивания 1 Вт тепла, достаточно использовать площадь теплоотвода, равную

.
Суммарное сопротивление на участке кристалл - окружающая среда можно определить по следующей формуле:

, (12)
где

- температура окружающей среды (25

).

Подставляем данные и получаем, что суммарное сопротивление на участке кристалл-окружающая среда равно:

,
На рисунке 6 представлена эквивалентная схема теплопередачи от кристалла в окружающую среду.

Рисунок 5 – Эквивалентная схема теплопередачи.

– Сопротивление кристалл - корпус ;

– Сопротивление корпус – радиатор;

– Сопротивление радиатор – окружающая среда;

- Температура кристалла ;

Температура окружающей среды; Рп – Мощность потерь прибора.
Тепловое сопротивление радиатора рассчитывается по формуле:

(13)
Подставляем имеющиеся у нас значения и получаем, что тепловое сопротивление радиатора равно:

Сделаем проверку с помощью онлайн расчета радиатора:

Рисунок 6 – Таблица расчета радиатора для транзистора 2SA1244.
Наши данные сходятся с данными из онлайн расчета с небольшими погрешностями, из чего можно сделать вывод, что расчет проведет верно.

Тип радиатора будем выбирать по графикам на рисунке 6.

Рисунок 7 – Графики выбора типа радиатора: при свободной конвекции – пластичные (1), ребристые (1…4), игольчато-штыревые (1…5), при вынужденной конвекции – пластичные (3), ребристые (6…8), петельнопроволочные (8,9), жалюзные (10,11), игольчато-штыревые (11,12)
По графику на рисунке 7 видно, что для охлаждения радиатора 2SA1244 можно использовать ребристый радиатор.

Для дальнейшего расчета нужно определить коэффициент теплоотдачи

– характеризующий интенсивность теплообмена между поверхностью тела и окружающей средой по формуле (11).Коэффициент

показывает какое количество тепла передается от единицы поверхности стенки к жидкости в единицу времени при разности температур между стенкой и жидкостью в 1 градус (К).

. (14)

.
Теперь по рисунку 7, на котором изображены кривые коэффициента теплоотдачи радиаторов при свободном воздушном охлаждении, и по таблице 1 выберем некоторые размеры радиатора.

Рисунок 8 – Эффективный коэффициент теплоотдачи радиаторов при свободном воздушном охлаждении.
На рисунке 8 приведены графики для игольчато штыревых радиаторов с различным шагом (сплошные кривые 1,2,3,4 и пунктирные кривые 5,6,7,8). Заштрихованные области 9, 10, 11 относятся к ребристым радиаторам. Рассчитанные данные попадают в область 9. Теперь будем использовать таблицу 1 для нахождения размеров радиатора.

Рисунок 9 – Пример ребристого радиатора с обозначениями

Рисунок 10 - Зависимость толщины теплоотвода от мощности.
На рисунке 10 можно увидеть толщины теплоотвода от мощности, исходя из этой зависимости, мы можем определить, что для нашей мощности подходит толщина плиты в пределах от 3 до 6 мм. Толщину моего радиатора я возьму 4 мм.

Зададим параметры радиатора:

- Толщина ребра d = 0,001 м;

- Толщина плиты теплоотвода