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?

[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.

[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.

[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.