Расчет радиатора Опции

[shurshik]

Здравствуйте!
Начал собирать "Улучшенная схема электронной нагрузки с плавной регулировкой тока" (http://electro-tehnyk.narod.ru/docs/nagruzka.htm).
Пытаюсь рассчитать радиатор для полевого транзистора IRF3205. Считаю по методике, описанной http://www.diagram.com.ua/list/elektriku/elektriku369.shtml и в книге Семёнов Б. Ю. Силовая электроника, от простого к сложному.
В своей конструкции хочется добиться рассеиваемой мощности 150 Вт на IRF3205. Ток через транзистор до 10 А, напряжение до 30 В (соответственно с корректировкой на 150 Вт).
Ищу тепловое сопротивление радиатор-среда по формуле
Rsa = (Tj - Ta)/P - Rjc - Rcs
где:
Tj - максимально допустимая температура кристалла, °С
Ta - максимально допустимая температура окружающей среды радиатора, °С
P - рассеивая на транзисторе мощность, Вт
Rjc - тепловое сопротивление кристалл-корпус, °С/Вт - берем из описания IRF3205
Rcs - тепловое сопротивление корпус-радиатор, °С/Вт - берем из описания IRF3205

Rsa = (100 - 40)/150 - 0,75 - 0,5 = -0,783 °С/Вт

Почему получается отрицательное сопротивление?

[Меджикивис]

Начал собирать "Улучшенная схема электронной нагрузки с плавной регулировкой тока" (http://electro-tehnyk.narod.ru/docs/nagruzka.htm).

Это не очень хорошая схема.
Мощные полевики обеспечивают заявленные мощностные параметры только в режиме полного открытия.
Дело в том, что они состоят из множества параллельных мелких ячеек. Параметры этих ячеек не могут быть абсолютно одинаковыми.
Поэтому в промежуточном режиме некоторые ячейки оказываются открыты больше, некоторые - меньше. Те, которые открыты больше - первые кандидаты на выгорание, потому что основной ток идет именно через них, и они могут локально нагреться значительно больше, чем другие и чем кристалл в целом. (Биполярные транзисторы подобной проблемы не имеют.)

Я очень сильно сомневаюсь, что одиночный транзистор, каков бы он ни был, может выдержать тепловую мощность 150 Вт.
Я делал схему на подобном принципе стабилизации тока, но у меня было тепловой мощности только 40 Вт и я использовал полевики в корпусе ТО-3, то есть в полнометаллическом, и их привертывал на термопасте, чертовски дорогие. В процессе наладки сгорело 5 или 6 штук.

10 ампер - это довольно большой ток. На таком не исключен возбуд схемы. Будьте к этому внимательны.

[shurshik]

Мощные полевики обеспечивают заявленные мощностные параметры только в режиме полного открытия.
Дело в том, что они состоят из множества параллельных мелких ячеек. Параметры этих ячеек не могут быть абсолютно одинаковыми.

Это не знал, интересно.

Тогда подскажите сколько реально можно рассеивать на одном IRF3205? В документации указана предельная мощность 200 Вт.

По поводу охлаждения - в статье написано так: ".. При изготовлении теплоотвода в виде пластины его площадь должна быть не менее 100....150 см2 на 10 Вт рассеиваемой мощности".
У меня есть кулер GlacialTech Igloo 2420, его термическое сопротивление 0,59 °С/ВТ. Можно использовать его, но вообще интересно как рассчитываются радиаторы для мощностей больше 50 Вт.

[Меджикивис]

подскажите сколько реально можно рассеивать на одном IRF3205?

А в каком он корпусе? Вероятно ТО-247?

Я скажу исходя просто из опыта, без подсчетов, "на глазок". При условии хорошего теплового контакта с радиатором, корпус ТО-220 можно нагрузить приблизительно на 15 Ватт;
ТО-247 - 30 .. 40 Ватт,
ТО-3 - около 50 (но это корпус старых транзисторов, там сам кристалл может не потянуть столько).

В документации указана предельная мощность 200 Вт.

Обратите внимание.
В советской документации "максимальный режим" - это режим, на котором элемент может гарантированно работать и не выйдет из строя.
А для импортных элементов "максимальный режим" - это при котором он гарантированно грохнется.
Так что для нормальной работы любой импортный элемент должен быть недогружен примерно в полтора раза (а лучше в два).
Рекламные ухищрения... Вроде правда написана; а на деле - только для специальных условий, в реале-то всё не так круто.

Наши китайские братья грузят элементы гораздо более жестко, практически под завязку, но им это выгодно: больше сгорит - больше продадут взамен...

[Herz]

Почему получается отрицательное сопротивление?

Потому что величины взяты нереалистичными. Суммарное тепловое сопротивление RJA - это то максимальное сопротивление, которое нужно обеспечить на участке кристалл - среда при желаемой мощности. Как видно из справочных данных, сумма сопротивлений корпус-радиатор и радиатор-среда уже выше этого предела, так что невозможно будет обеспечить такое охлаждение.

[shurshik]

А в каком он корпусе? Вероятно ТО-247?

Он в корпусе TO-220AB.

[Меджикивис]

Он в корпусе TO-220AB.

Ууууу.... Двадцать ватт с очень хорошим кулером и нешуточным риском.

"AB" - это с тонкой подложкой, то есть из корпуса медь всю  спи  сэкономили...
За ушко прикручивать бесполезно, надо прижимать сверху каким-нибудь хомутиком.

[shurshik]

Как видно из справочных данных, сумма сопротивлений корпус-радиатор и радиатор-среда уже выше этого предела, так что невозможно будет обеспечить такое охлаждение.

Тогда преобразуем формулу для поиска максимально допустимой рассеиваемой мощности:

P = (Tj - Ta)/(Rsa + Rjc + Rcs) = (100 - 40)/(0,59 + 0,75 + 0,5) = 32,6 Вт

Если увеличить допустимую температуру до 150 °С (в документации к IRF3205 максимально допустимая температура 175 °С), то выходит 59,8 Вт.
Правильно ли я вас понял?

[Меджикивис]

У меня была задача сделать эквивалент нагрузки 200 Вт.
Единственное, что пошло реально - это матрица 10-ваттных резисторов 1-2-4-8..., коммутируемых полевиками. И задавал величину в цифровом виде.
Так что грелись - резисторы, и они тоже были на здоровенном теплоотводе.
А гасить такие мощности на транзисторе - не есть хорошая идея.

[wim]

сколько реально можно рассеивать на одном IRF3205?

Он вообще-то не предназначен для такого режима. Смотрите график SOA - рис. 8 в даташите. Для 150 Вт нужно использовать что-то типа IRFB4110, а еще лучше IXYS - у них область безопасной работы пошире.

[shurshik]

Он вообще-то не предназначен для такого режима. Смотрите график SOA - рис. 8 в даташите. Для 150 Вт нужно использовать что-то типа IRFB4110, а еще лучше IXYS - у них область безопасной работы пошире.

SOA дан для импульсного режима работы. У меня же линейный режим. Для IRFB4110 на SOA дан график работы в DC и он почти совпадает с линией 10 ms. Если проводить аналогии, то при нагрузке в 40-50 Вт работать должен.

Сообщение отредактировал shurshik - Jul 28 2016, 09:48

[wim]

SOA дан для импульсного режима работы. У меня же линейный режим.

SOA дается для всех режимов работы, но у IRF3205 режим постоянного тока не нормируется.

Если проводить аналогии, то при нагрузке в 40-50 Вт работать должен.

А чего ж так слабо - 50 Вт? Проводить аналогии - так уж на все 150. Однако, Вы, наверное, интуитивно понимаете, что аналогии тут неуместны.

[HardEgor]

SOA дан для импульсного режима работы. У меня же линейный режим. Для IRFB4110 на SOA дан график работы в DC и он почти совпадает с линией 10 ms.

DC это и есть линейный режим.
Аналогии проводит не надо. Надо понимать, что по SOA для IRFB4110 на DC, если на транзисторе падает например 10В, то ток не должен превышать 30А - это условия пробоя.

[Plain]

для полевого транзистора IRF3205 ... хочется добиться рассеиваемой мощности 150 Вт

Если и в самом деле хочется решить задачу, то забудьте про эти понты с полевыми транзисторами в линейном режиме вообще, и про спорт по нагибанию единственного такого бедолаги в частности, и сделайте схему, как прочий народ её отродясь делал и горя не знал, а именно, на кучке биполярных транзисторов по топологии параллельно включённых классических источников тока, т.е. по ОУ на каждый, к примеру, 8 шт. таких составных и 2 шт. таких ОУ им в комплект, в качестве датчиков тока 100 мОм — сложенные пополам и скрученные отрезки обыкновенного провода, если из готовых — типа таких.

Итого, каждому транзистору достаются очень демократичные менее 20 Вт и нет никаких проблем с их выравнивниванием между собратьями.

[V_N]

Мощные полевики обеспечивают заявленные мощностные параметры только в режиме полного открытия.
Дело в том, что они состоят из множества параллельных мелких ячеек. Параметры этих ячеек не могут быть абсолютно одинаковыми.
Поэтому в промежуточном режиме некоторые ячейки оказываются открыты больше, некоторые - меньше. Те, которые открыты больше - первые кандидаты на выгорание, потому что основной ток идет именно через них, и они могут локально нагреться значительно больше, чем другие и чем кристалл в целом. (Биполярные транзисторы подобной проблемы не имеют.)

На самом деле в мощных полевиках благодаря положительному температурному коэффициенту сопротивления сток — исток происходит частичное выравнивание токов через параллельно соединенные каналы, и дополнительные элементы для равномерного распределения нагрузки не используются. В биполярных наоборот и при параллельном соединении последних устанавливают выравнивающие резисторы .

[Меджикивис]

На самом деле в мощных полевиках благодаря положительному температурному коэффициенту сопротивления сток — исток происходит частичное выравнивание токов через параллельно соединенные каналы, и дополнительные элементы для равномерного распределения нагрузки не используются. В биполярных наоборот и при параллельном соединении последних устанавливают выравнивающие резисторы .

Ага, я тоже думал так. И так пишут. Но это только, опять же, в режиме полного открытия, когда напряжение затвора уже безразлично, то собственное остаточное сопротивление канала да, растет с температурой.
А на линейном участке с температурой увеличивается еще и крутизна характеристики; в результате, с разогревом, при том же самом напряжении на затворе, канал открывается больше, и этот эффект во много раз превышает прирост его собственного сопротивления.
Так что, на линейном участке, более разогретые ячейки, разогреваясь, открываются еще сильнее; с очевидным результатом.

Двадцать ватт с очень хорошим кулером и нешуточным риском.

Впрочем... Кажется я знаю один способ.
Транзистор надо прямо его донышком припаять к толстой медной пластине. (Когда не под напряжением, такие транзисторы можно разогревать целиком до температуры плавления припоя).
Напаянный наверное можно будет догнать ватт до тридцати, если холодить хорошо.

Но все-таки, по-моему прав Plain: такое дело - изврат, откровенно говоря.

[Herz]

Правильно ли я вас понял?

Да, правильно. Но эти предельные значения всё равно обеспечить трудно на практике. Разве только жидкостным охлаждением.

На самом деле в мощных полевиках благодаря положительному температурному коэффициенту сопротивления сток — исток происходит частичное выравнивание токов через параллельно соединенные каналы, и дополнительные элементы для равномерного распределения нагрузки не используются. В биполярных наоборот и при параллельном соединении последних устанавливают выравнивающие резисторы .

Совершенно верно.

Так что, на линейном участке, более разогретые ячейки, разогреваясь, открываются еще сильнее; с очевидным результатом.

Ничего не понял. Очевидный результат - снижение сопротивления, следовательно - падения напряжения, следовательно - рассеиваемой мощности. Где противоречие?

[Меджикивис]

Очевидный результат - снижение сопротивления, следовательно - падения напряжения, следовательно - рассеиваемой мощности. Где противоречие?

Примо.
Ячейки соединены параллельно. При уменьшении сопротивления одной из них, ток через нее увеличивается, перераспределяясь из соседних. При этом ячейка разогревается, за счет разгрузки остальных. Это если цепь запитана от источника тока. Опасность локального перегрева.
Но в подавляющем большинстве - как и в рассматриваемом в теме случае - цепь запитана от источника напряжения, а ток в ней задается как раз транзистором. Этот случай еще хуже: ток увеличивается в целом, без разгрузки соседних ячеек. Джоулева мощность, соответственно, обратно пропорциональна сопротивлению.

Секундо.
Если выше Вы согласились, что увеличение сопротивления с температурой выравнивает нагрузку, то уменьшение сопротивления при нагреве - должно приводить к обратному результату.

[wim]

Где противоречие?

В линейном режиме у МОП-транзисторов возможен тепловой разгон. Поэтому в честных даташитах на графике SOA показан участок, идущий круто вниз.
http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-1155.pdf
http://www.ixys.com/Documents/Articles/Art...wer_MOSFETs.pdf
На самом деле ничего страшного - надо просто держаться от него подальше.

[Меджикивис]

В линейном режиме у МОП-транзисторов возможен тепловой разгон. Поэтому в честных даташитах на графике SOA показан участок, идущий круто вниз.
http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-1155.pdf
http://www.ixys.com/Documents/Articles/Art...wer_MOSFETs.pdf
На самом деле ничего страшного - надо просто держаться от него подальше.

Это при постоянном напряжении на затворе. Однако в схеме стабилизатора тока тепловой разгон невозможен в принципе, поскольку ОУ контролирует ток и сбросит напряжение на затворе.
Речь идет именно о локальном разгоне отдельных ячеек, чего нельзя скомпенсировать извне, поскольку вывод затвора у всех общий.

[wim]

в схеме стабилизатора тока тепловой разгон невозможен в принципе, поскольку ОУ контролирует ток и сбросит напряжение на затворе.

Я так понимаю, Вы советуете автору делать нагрузку на 150 Вт на IRF3205? Ну, если разгона нет, так чего бояться ...
А я посоветовал бы автору включать нагрузку дистанционно, из надежного укрытия, а то ведь у TO-220 иногда крышки отстреливаются.

[Guest_TSerg_*]

ПЭВ-30..100 - наше все + коммутация мосфетами.

Эл. нагрузка на 1 кВт (коммутация мосфетами 1-2-4-8):

[Меджикивис]

Я так понимаю, Вы советуете автору делать нагрузку на 150 Вт на IRF3205?

Нет, не советую. Советую внимательнее прочесть тему.

[wim]

Советую

Мне? Вот моя нагрузка 300 Вт на одном IXYS. Работает на постоянном токе и в импульсном режиме. Вы что-нибудь можете предъявить в подтверждение невозможности теплового разгона в источнике тока?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Меджикивис]

Вот моя нагрузка 300 Вт на одном IXYS.

Это не нагрузка, а график. А вот на фотку девайса я бы посмотрел с интересом, особенно транзистор на радиаторе.

[wim]

на фотку девайса я бы посмотрел с интересом, особенно транзистор на радиаторе.

Да ничего особенного - ребристый медный радиатор с мощным вентилятором. Но можно и на дюралевом радиаторе и "обычных" МОП-транзисторах.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Ilya_NSK]

Позвольте реплику по поводу радиаторов и корпусов ТО220 без всяких расчётов и без претензий на истину. Имею положительный опыт крепления корпусов ТО220 к основному радиатору при помощи ещё одного радиатора. Т.е. металлическое "ушко" транзистора не используется, а транзистор зажимается между двумя радиаторами. При этом второй радиатор, субъективно, тоже существенно участвует в охлаждении. Правда, как мне кажется, есть теоретическая опасность того, что при тепловом расширении корпус транзистора может быть раздавлен. Но это лишь предположение, а чтобы узнать точно - без сопромата не обойтись

[Guest_TSerg_*]

а транзистор зажимается между двумя радиаторами.

Чушики. Тепловое сопротивление несоизмеримо, если только не "пилить" до кристалла.

[wim]

второй радиатор, субъективно, тоже существенно участвует в охлаждении.

ПМСМ, за счет прижима уменьшилось тепловое сопротивление. Контрольная проверка - прижим делается не из металла, а, например, из толстого оргстекла.

[Guest_TSerg_*]

ПМСМ, за счет прижима уменьшилось тепловое сопротивление. Контрольная проверка - прижим делается не из металла, а, например, из толстого оргстекла.

Так во многих "правильных" радиаторах прижим делается не винтом, а пружинной накладкой на корпус.
Винт - лишь для позиционирования + доп. прижим.

Примеры ( кетайские, но показательные):

[wim]

Так во многих "правильных" радиаторах прижим делается не винтом, а пружинной накладкой на корпус.
Винт - лишь для позиционирования + доп. прижим.

Да, у меня на макете тоже прижимаются пружинками, но фото с тепловизора показывает, что не все пружинки одинаково полезны. Лично я сторонник прижимной планки с двумя винтами.
И почивший IRF рекомендует увеличивать силу прижима:
http://www.infineon.com/dgdl/an-1000.pdf?f...153559099230f35

[Ydaloj]

позвольте мне тоже ляпнуть пару слов

я не люблю разного рода "термоинтерфейсы", попросту говоря - теплопроводящие пасты. по причине того, что однажды попробовал под фланец капать густое силиконовое масло. контакт великолепен, остатки масла сами вытекают, остаётся только нужная часть для заполнения воздушных промежутков.

Но для других это - ересь, поэтому делаю так для себя любимого.


врочем, на таком контакте не первый год работают самодельные активные нагрузки. В одной из них 5 безымянных биполярных D209 (TO247) рассеивают по 40Вт каждый на общий радиатор HS172-150 с вентилятором 120мм.

[Guest_TSerg_*]

по причине того, что однажды попробовал под фланец капать густое силиконовое масло.

При чем тут теплопроводные пасты, прокладки vs силиконовое масло?
Да, я его тоже люблю - для смазки вело-цепи и вилки.

Наиболее оптимальный, на мой взгляд - вот такой прижим для ТО-220 и похожих корпусов:

[shurshik]

В

http://www.ixys.com/Documents/Articles/Art...wer_MOSFETs.pdf

на последней странице приведена схема использования восьми IXTK22N100L в виде нагрузки 600 В, 2 А. Получается на одном IXTK22N100L рассеивается максимум 150 Вт при 600 В и токе 2 / 8 = 0,25 А.
Только вот непонятно значение сопротивления Rs1 .. Rs8.

[wim]

непонятно значение сопротивления Rs1 .. Rs8.

Номинал и мощность выбирайте сами - чтобы они не сильно разогревались протекающими через них токами. Потому что при изменении сопротивления из-за нагрева будет меняться ток нагрузки.

[Ilya_NSK]

Чушики. Тепловое сопротивление несоизмеримо, если только не "пилить" до кристалла.

Несоизмеримо с чем? С границей раздела "пластик-воздух"? Мне же почему-то кажется (более того, я в этом даже уверен), что отвод тепла с поверхности пластикового корпуса в воздух (теплопроводность 0,025 Вт/(м*К) ) как бы не на порядок менее эффективен, чем отвод тепла с той же поверхности в алюминий (200 Вт/(м*К) ), даже через термопасту (1-2 Вт/(м*К) ).
Безусловно, теплопроводность от кристалла через пластик в сторону "лица" транзистора раз в 10 меньше, чем на металлическую подложку. Однако транзисторы в корпусе ТО-220F тоже как-то охлаждаются, несмотря на пластик со всех сторон. Например, для "пластикового" 18N50 максимальная рассеиваемая мощность при 25 градусах - 38.5 Вт (для "металлического - 235 Вт). Причём для температур выше 25 градусов поправка для металла составляет 1,88 Вт/градус, а для пластика - только 0,3 Вт/градус.
Ну и, как я говорил, фокус со вторым радиатором я проделывал экспериментально. А потому могу сказать, что субъективно температура "лицевого" радиатора хотя и ниже, чем основного, но до холодного ему далеко. Значит часть мощности, нагревающая этот радиатор до 40-50 градусов, через него всё-таки рассеивается. Если даже дополнительный радиатор рассеивает только 10% мощности, то при 50 Вт это дополнительных 5 Вт. Ну и плюс эффективный прижим. А все эти скобочки, закрепляемые только с одного края - это, лучше, чем ничего, но не более. О полноценном прилегании, тем более к радиатору из металла толщиной 2-3 мм, который и сам пальцами гнётся, речи идти не может. Кстати, на первой вашей фотографии транзистор прижат к радиатору только одним краем.

[wim]

субъективно температура "лицевого" радиатора хотя и ниже, чем основного, но до холодного ему далеко.

Объективные сравнения эффективности охлаждения SO8 в естественном виде и с железякой на крышке показывают, что вклад железяки на крышке близок к нулю:
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/AND9014-D.PDF

[Ilya_NSK]

вклад железяки на крышке близок к нулю

Вот график из приведенной вами статьи:



Насколько я могу видеть, при рассеиваемой мощности 1Вт "железяка" (heatsink) снижает температуру SO8-FL более, чем на 40 градусов.

P.S. Процессоры вплоть до первого Пентиума имели керамические корпуса, но никто не считал, что по этой причине использование радиатора даёт "нулевой" эффект. Более того, для пентиума и для 486DX4 радиатор с вентилятором были обязательны. То же касается старых видеочипов, южного и даже северного мостов и т.п. И до сих пор мосфеты на многих материнках имеют дополнительные радиаторы, прижатые "с лица", причём через терморезинку.

Сообщение отредактировал Ilya_NSK - Jul 29 2016, 17:33

[wim]

Насколько я могу видеть, при рассеиваемой мощности 1Вт "железяка" (heatsink) снижает температуру SO8-FL более, чем на 40 градусов.

Прочтите внимательно подписи к графикам - они показывают эффект применения термопасты.

[muravei]

А потому могу сказать, что субъективно температура "лицевого" радиатора хотя и ниже, чем основного, но до холодного ему далеко. Значит часть мощности, нагревающая этот радиатор до 40-50 градусов, через него всё-таки рассеивается

Может, он греется радиацией основного?
И большего эффекта можно было бы добиться увеличенем его размера?
Хотя, эффект от улучшения прижима никто не отменял.

[Меджикивис]

транзисторы в корпусе ТО-220F тоже как-то охлаждаются, несмотря на пластик со всех сторон

Вот именно - "как-то". Это самое лучшее определение и есть!..
Была у меня LM3886TF. В даташите указана тепловая мощность 125W, ну я с дуру-то поверил и нагрузил ее ватт на 50. (Да и корпус в стиле Multiwatt выглядел конечно внушительно).
В первом же включении стало ясно, что она греется как зверь, и корпус горячее радиатора, на котором сидит, градусов на 30.
Специально для нее отфрезеровал второй радиатор, которым прижал ее еще сверху. (Ну а какие еще варианты? - не водяное же охлаждение подводить!)
Не помогло(((( Сгорела как спичка.

Так что вы здесь как хотите, а я с тех пор в чудеса не верю. Полноизолированный корпус конечно удобен для крепления, но про какие-нибудь рекорды мощности с ним лучше не думать. 50*С на поверхности корпуса - максимум, что можно позволить.

[wim]

Может, он греется радиацией основного?

Или через винты, которыми они соединяются.

[Ilya_NSK]

Прочтите внимательно подписи к графикам - они показывают эффект применения термопасты.

Ничего подобного. Первые 4 кривые - "No Heat Sink", т.е. без радиатора, следующие 4 кривые - "Heat Sink, Thermal Grease", т.е. с радиатором и с термопастой. Графиков для радиатора без термопасты там вообще нет.

Может, он греется радиацией основного?

Не сильно-то нагреется излучением тела с температурой не более 70 градусов блестящий (не чернёный) алюминиевый радиатор. Ещё раз посмотрите график. Как видите, радиатор, прижатый к корпусу SO8, даёт существенное охлаждение.

[Guest_TSerg_*]

Ничего подобного.

Не надо умничать.
Проведите эксперимент, установив прибор в корпусе ТО-220 металлом к радиатору и пластмассой к радиатору.
Сделайте замеры температуры радиатора и корпуса и все станет ясно, как в солнечный день.

Ну или смоделируйте, скажем в Elcut или Femm, задачу статичной теплопроводности.
Тоже убеждает.

Еще не забываем про динамическую теплопроводность. Пластмассовая сторона тут вообще отдыхает.

И еще соображение о вредности второго радиатора. Толщина TO-220 всего 4 мм.
Это явно затрудняет конвекцию (надо 8..10 мм и выше).
Значит мы выключаем (уменьшаем теплоотдачу) одну сторону эффективного радиатора и одну сторону неэффективного.
(прижатых к металлу и неметаллу, соответственно)
Это настолько очевидно, что такие варианты нормальными тепло-техниками даже не рассматриваются.
Любители могут делать, что угодно, т.к., как правило, вообще ничего не считают, да и цена их не особо волнует для единичного изделия.
А, сколько я разглядывал конструкций известных брендов - двух-радиаторного способа охлаждения не видел.

О полноценном прилегании, тем более к радиатору из металла толщиной 2-3 мм, который и сам пальцами гнётся, речи идти не может. Кстати, на первой вашей фотографии транзистор прижат к радиатору только одним краем.

Сами считали, проверяли? Алюминий у вас откуда, со свалки?
На фото я привел разные варианты крепления и уточнил, что прижим одним винтом за корпус - не лучший способ.
Для ТО-220 надо обеспечить прижим силой 4..5 кгс*см.

[wim]

Графиков для радиатора без термопасты там вообще нет.

Конечно их нет, потому что однозначно корпус был весь залит термопастой и через нее тепло частично отводилось с термопада на радиатор. А иначе, с одним только радиатором, таких красивых графиков не получилось бы.

радиатор, прижатый к корпусу SO8, даёт существенное охлаждение.

Есс-но, если нет других способов отвода тепла. Однако тепловое сопротивление корпуса SO-8 составляет 2,6 К/Вт при отводе тепла через металлическое основание (thermal pad) и 27,8 К/Вт при отводе тепла через верх, т.е. на порядок хуже. И даже для супер-корпуса SO-8 тепловое сопротивление через крышку в три раза больше. Поэтому если есть возможность устанавливать радиатор там, где тепловое сопротивление минимально, все остальные городушки малоэффективны.

Сообщение отредактировал wim - Jul 30 2016, 17:54

[Ilya_NSK]

Конечно их нет, потому что однозначно корпус был весь залит термопастой и через нее тепло частично отводилось с термопада на радиатор. А иначе, с одним только радиатором, таких красивых графиков не получилось бы.

Ранее вы утверждали, что графики "показывают эффект применения термопасты". Ещё раз: вы признаёте, что охлаждает (на >40 при мощности в 1 Вт) всё-таки радиатор, прижатый к пластмассовому корпусу, а не термопаста сама по себе?

Однако тепловое сопротивление корпуса SO-8 составляет 2,6 К/Вт при отводе тепла через металлическое основание (thermal pad) и 27,8 К/Вт при отводе тепла через верх, т.е. на порядок хуже. <...> Поэтому если есть возможность устанавливать радиатор там, где тепловое сопротивление минимально, все остальные городушки малоэффективны.

Проведите эксперимент, установив прибор в корпусе ТО-220 металлом к радиатору и пластмассой к радиатору.

Что касается экспериментов, то они, как вы могли убедиться, уже проведены фирмой "ON Semiconductor" и говорят о том, что эффективность теплоотвода через пластмассовый корпус отнюдь не нулевая.
При этом не надо передёргивать и заниматься подменой тезиса: я нигде не утверждал, что крепление радиатора к пластиковому корпусу с точки зрения эффективности теплоотвода лучше или даже тождественно креплению к металлической подложке. Разговор шёл о том, что при использовании в качестве прижимной пластины дополнительного радиатора этот дополнительный радиатор тоже вносит существенный (а отнюдь не "нулевой", как утверждал wim) вклад в охлаждение.

Сами считали, проверяли? Алюминий у вас откуда, со свалки?

Интересно, фланцы на трубах тоже со свалки? А иначе зачем там понаделали такое количество отверстий по всему периметру, когда достаточно максимум двух болтов? Может быть, потому, что даже сталь толщиной 10-15 склонна к упругой деформации и потому не "прожмёт" прокладку по всему периметру?

И еще соображение о вредности второго радиатора. Толщина TO-220 всего 4 мм.
Это явно затрудняет конвекцию (надо 8..10 мм и выше).
Значит мы выключаем (уменьшаем теплоотдачу) одну сторону эффективного радиатора и одну сторону неэффективного.
(прижатых к металлу и неметаллу, соответственно)

Согласен. Но это справедливо только в том случае, если прижимной радиатор имеет большую площадь основания. Если площадь основания незначительно превышает площадь обычной прижимной пластины (скажем, 10х20 мм для ТО-220), то рассмотренным "экранированием" можно пренебречь. При этом, понятно, нужная площадь поверхности прижимного радиатора будет достигаться оребрением, перпендикулярным поверхности основного радиатора.

А, сколько я разглядывал конструкций известных брендов - двух-радиаторного способа охлаждения не видел.

Рассмотрите конструкцию "питальников" оверклокерских материнских плат. Там есть и нижний радиатор - это медь, к которой припаяны стоки-подложки (достаточно эффективный, не сомневайтесь), и верхний радиатор, прижатый через терморезинку к пластмассовым корпусам.

[wim]

вы признаёте, что охлаждает (на >40 при мощности в 1 Вт) всё-таки радиатор, прижатый к пластмассовому корпусу, а не термопаста сама по себе?

Вы меня допрашиваете что ли? Объясняю еще раз. Подробно.
Тепловое сопротивление корпуса SO-8 при отводе тепла через крышку 27,8 К/Вт.
Тепловое сопротивление радиатора 23,4 К/Вт.
Температура окружающей среды - что-то около 20 град.
Итого, для рассеиваемой мощности 1 Вт мы должны получить температуру кристалла:
20 + (27,8+23,4)*1 = 71 град.
На графике мы наблюдаем температуру примерно 57 град, т.е. на 14 град. меньше. Очевидно, что уменьшение теплового сопротивления достигнуто за счет создания дополнительного пути отвода тепла - от термопада через термопасту на радиатор. Никакого другого варианта уменьшить тепловое сопротивление корпуса в этом конструктиве не существует.
Примерно половина тепла отводится с термопада через толстый (толщиной с корпус SO-8) слой термопасты. Чего то тут непонятного?

Разговор шёл о том, что при использовании в качестве прижимной пластины дополнительного радиатора этот дополнительный радиатор тоже вносит существенный (а отнюдь не "нулевой", как утверждал wim) вклад в охлаждение.

Для меня 10% отвода тепла, т.е. разница в несколько градусов температуры кристалла несущественны.

[Ilya_NSK]

Тепловое сопротивление корпуса SO-8 при отводе тепла через крышку 27,8 К/Вт.
Тепловое сопротивление радиатора 23,4 К/Вт.

Что-то у вас тепловое сопротивление пластмассового корпуса и алюминиевого радиатора почти равны. А вообще, говорить о тепловом сопротивлении безотносительно к конкретной геометрии - безграмотно. Вы же не говорите "сопротивление меди - 2 Ома", а говорите, (условно) "Сопротивление километра медного провода диаметром 1 мм круглого сечения - 2 Ома". Вот и для теплового сопротивления имеют определяющее значение геометрические размеры объекта. Т.е. условно говоря, слой фторопласта толщиной 10 мкм может иметь меньшее тепловое сопротивление, чем слой меди толщиной 100 мм.

Но это всё детали. А главное - лимитирующей стадией всё равно будет передача тепла от поверхности твёрдого тела атмосферному воздуху, теплопроводность которого ничтожнна в сравнении и с металлом, и с пластиком, и с термоинтерфейсом. Потому единственным способом улучшения теплоотвода является увеличение площади теплоотвода.

А вообще, почитайте статью, которую вы же сами привели в пример - там и цифры тоже есть.

Примерно половина тепла отводится с термопада через толстый (толщиной с корпус SO-8) слой термопасты. Чего то тут непонятного?

Обычно применяется либо термопрокладка, либо термопаста. При этом слой термопасты стараются делать минимальной толщины, ибо её теплопроводность термоинтерфейсных материалов невелика. Что касается вот этой схемы из вашей статьи

то там, очевидно, только один слой ("Interface material"), а в тексте перед картинкой ясно сказано:

An interface material is necessary because the two surfaces are not perfectly smooth. Surface roughness creates small air gaps between the two surfaces, impeding heat flow from the package to the heat sink. The interface material fills in the air gaps. The two most common interface materials used are thermal pads and thermal grease.

То есть "Интерефейсный материал необходим, т.к. две поверхности не являются идеально ровными. Шероховатости поверхности создают маленькие воздушные зазоры между двумя поверхностями, препятствующие тепловому потоку от корпуса к радиатору. Два наиболее обычных материала (термо)интерфейса - это термопрокладка и термопаста".

[wim]

Что-то у вас тепловое сопротивление пластмассового корпуса и алюминиевого радиатора почти равны.

Специально для Вас - цитаты из статьи. Пожалуйста, не пишите многословно-нудно о вещах, не имеющих отношение к теме. При чем тут сопротивление меди?

Сообщение отредактировал wim - Aug 1 2016, 08:51

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Ilya_NSK]

И что вы этими цитатами хотели показать? То, что вполне конкретный радиатор Aavid Thermalloy #374124B60023G размером 23×23×18 mm имеет тепловое сопротивление 23,4 К/Вт при естественном охлаждении? А при принудительном охлаждении он имеет совсем другое тепловое сопротивление:

The Aavid Thermalloy #374124B60023G heat sink has a thermal resistance of 7.39° C/W for 200 LFM air flow.

И какой-нибудь другой радиатор тоже будет иметь другое тепловое сопротивление. Ещё раз повторяю: тепловое сопротивление - свойство конкретного корпуса или радиатора в конкретных условиях охлаждения.

Очевидно, что уменьшение теплового сопротивления достигнуто за счет создания дополнительного пути отвода тепла - от термопада через термопасту на радиатор.

Ключевое слово - на радиатор. Причём через термоинтерфейсный материал, т.е. либо через термопрокладку, либо через термопасту.

Никакого другого варианта уменьшить тепловое сопротивление корпуса в этом конструктиве не существует.

Как сказано в самом начале статьи, указанный корпус имеет припаиваемую к плате металлическую подложку с тепловым сопротивлением 1.3 К/Вт против 23.3 К/Вт у "обычного" корпуса и 7 К/Вт у корпуса из специального компаунда с высокой теплопроводностью. Так что варианты есть. Однако целью эксперимента было как раз выяснение эффективности охлаждения через корпус для обычного компаунда (23.3 К/Вт) и для улучшенного (7 К/Вт). Как показано на том самом графике, снижение теплового сопротивления корпуса в 3 раза и близко не даёт того результата, какой даёт прикрепленный на корпус радиатор размером 23×23×18 mm. И это не удивительно, ибо, как я уже говорил, лимитирующей стадией является отдача тепла от твёрдого тела воздуху. На теплопроводность воздуха мы повлиять не можем, а значит, единственный способ увеличения теплоотдачи (при заданной температуре) - увеличение теплоотдающей поверхности. Чтобы понять определяющую роль именно площади контакта с воздухом представьте, что мы поместили транзистор с радиатором в вакуум.

[Guest_TSerg_*]

Не сильно-то нагреется излучением тела с температурой не более 70 градусов блестящий (не чернёный) алюминиевый

Блястященькие радиаторы делают китайцы по бедности. Там, где идет нормальное проектирование, мощности конвективную и излучения располовинивают. При температуре радиатора 70-80 С и черненном дюрале, имеем eps > 0.9 и это дает 6..7 Вт/м2*K при излучении в пространство (выносные радиаторы).

Да и вообще, что Вас понесло в разговоре на smd?
В топике, вопрос был о другом.

Если есть у Вас желание по-обсуждать вопросы применения дополнительного навесного радиатора к smd-компонентам - создайте отдельный топик и вперед.

Сообщение отредактировал Herz - Aug 10 2016, 08:28

[shurshik]

Собрал "Улучшенная схема электронной нагрузки с плавной регулировкой тока" (http://electro-tehnyk.narod.ru/docs/nagruzka.htm) следуя всем рекомендациям статьи.
В виде радиатора использован кулер GlacialTech Igloo 2410 с заявленным термическим сопротивлением 0,56 °С/Вт.
Напомню, максимальное термическое сопротивление IRF3205 кристалл-корпус 0,75 °С/Вт.
Напряжение питания электронной нагрузки и кулера 11,3 В. Температура окружающей среды 27 °С.
Нагружал схему блоком питания от ноутбука (19 В, 4,7 А максимум), компьютерным блоком питания и самодельным зарядным устройством. При этом измерял температуру над корпусом транзистора,
прижав термопару через небольшой кусочек ваты к месту маркировки,и под транзистором (сделав выточку в радиаторе кулера под транзистором). Во всех опытах использовалась
термопаста АлСил-3.
Получив температуру корпуса, можем подсчитать температуру кристалла по формуле для участка термического сопротивления кристалл-корпус tj = Rѳjc * P + tс, где tc - температура корпуса
(в нашем случает температура междукорпусом и радиатором).

В опытах 1-19 использовался блок питания от ноутбука (19 В, 4,7 А максимум). Транзистор из строя не вышел.
В опытах 20, 21 и 22 (использовался компьютерный блок питания) указаны интервалы изменения напряжения, тока, мощности и максимальная температура над транзистором, полученная во время опыта.
Транзистор из строя не вышел.
В опытах 23-26 использовалось самодельное зарядное устройство - момент выхода из строя показан символом X.
По моему, по результатам тестирования можно сделать выводы:
1 фактическое термическое сопротивление IRF3205 кристалл-корпус ниже 0,75 °С/Вт
2 при меньшем напряжении можно рассеять большую мощность (P = 104 Вт при V = 12 В) без выхода транзистора из строя
3 при данном устройстве электронной нагрузки, считаю возможным рассеивание на одном IRF3205 от 50 до 110 Вт при напряжении от 32 до 5 В соответственно.(надо бы прикинуть кривую допустимого
тока нагрузки от приложенного напряжения).

[Ydaloj]

считаю возможным рассеивание на одном IRF3205 от 50 до 110 Вт

вы регулярно грузите ваш автомобиль до разрешённой максимальной массы?

[HardEgor]

У Infineon для высокотемпературных датчиков, конкретно для TLE4982-HT, есть такая таблица:

Т.е. работать будет, но недолго

[shurshik]

вы регулярно грузите ваш автомобиль до разрешённой максимальной массы?

Полезная грузоподъемность моего автомобиля 420 кг. Нагружаю его по разному, но на эту цифру ориентируюсь постоянно.

[Guest_TSerg_*]

По моему, по результатам тестирования можно сделать выводы:
- фактическое термическое сопротивление IRF3205 кристалл-корпус ниже 0,75 °С/Вт

Это Ваши личные оверклокеровские выводы и нормальному разработчику они не интересны.

[Егоров]

вы регулярно грузите ваш автомобиль до разрешённой максимальной массы?

Хорошее замечание.