Авг 17 2010

Измерения теплового режима

В разрабатываемом приборе имеются силовые MOSFET-транзисторы, установленные на радиаторах SK104-50.8 (http://www.promelec.ru/catalog_info/59/156/638/692/). Внешний вид радиатора приведён на рис. 1.

Рис. 1. Радиатор SK104

Можно проверить, насколько соответствуют расчёты теплового режима транзисторов реальности.

Для этого была собрана экспериментальная схема, показанная на рис. 2:

Рис. 2. Схема эксперимента

Регулируя напряжение стока Vd с помощью регулятора лабораторного блока питания и устанавливая ток стока (регулируя напряжение затвора), можно менять мощность, рассеиваемую транзистором.

На стоке транзистора было установлено Vd = 4,7V, ток стока составил Id = 1,8A.

Рассеиваемая мощность, таким образом, равна Vd * Id = 4,7V * 1,8A = 8,46W.

В установившемся тепловом режиме измерялась температура в разных точках радиатора. Измерения проводились термопарой мультиметра APPA-305. Температура окружающего воздуха составляет Ta = 33°С.

Результаты измерений приведены на рис. 3.

Рис. 3.  Распределение температуры на радиаторе

Согласно документации, корпус транзистора и радиатор обладают следующими тепловыми сопротивлениями:
; (сопротивление переход-корпус)
; (сопротивление корпус-радиатор)
; (сопротивление переход-среда)
; (сопротивление радиатор-среда)

Здесь и далее буквенные обозначения следующие:

J — junction, полупроводниковый переход

C — case, корпус

S — sink, радиатор

A — ambient, окружающая среда

Применяя метод электрических аналогий, получаем следующую схему (рис. 4):

Рис. 4. Схема к расчёту теплового режима

Продолжение здесь.

  • sentiment_ru

    1) С какой стати и для чего сопротивление переход-атмосфера на схеме запаралеливается с суммой своих составляющих?
    2) Температура в любой точке радиатора (например в точке где по рисунку 86С) не может быть выше температуры на транзисторе 74С и 85С. Что-то явно не то.
    3) В документации на транзистор может быть указано сопротивление переход-корпус, в документации на радиатор радиатор-среда. Сопротивление корпус-радиатор зависит от силы прикручивания и наличия теплопроводящей пасты. И в любом случае сопротивление переход-среда теоретически должно быть равно, а практически примерно равно сумме сопротивлений переход-корпус, корпус-радиатор и радиатор-среда. У вас же сильно иначе.

  • arktur04

    @sentiment_ru
    1. Я попросил бы не употреблять здесь выражений «с какой стати» и т.п. Следующие комментарии, написанные подобным образом, будут удаляться.
    2. Сопротивление переход-среда, это сопротивление, оказываемое тепловому потоку, идущему напрямую через корпус транзистора в воздух (поэтому оно такое большое). Естественно, этот поток параллелен потоку переход-корпус-радиатор. В принципе, это сопротивление можно вообще не учитывать, оно вносит лишь небольшой вклад в охлаждение транзистора.
    3. Да, сопротивление корпус-радиатор зависит от всех указанных факторов, но в документации на транзистор приводится некоторое максимальное значение.
    Температура 74°С — это температура пластмассы, она намного ниже температуры металлических частей корпуса. Температура металла: на транзисторе рядом с винтом крепления — 85°С, с обратной стороны — 86°С, то есть, можно считать, что они равны (в пределах погрешности измерений).

  • Pingback: 32 bit.me » Измерения теплового режима (продолжение)()

  • sentiment_ru

    @arktur04
    1) Ок, так для чего сопротивление переход-атмосфера на схеме запаралеливается с суммой своих составляющих?
    2) Ок, согласен не учитывать тепловой поток с корпуса транзистора в воздух. Тогда тепловой тракт выглядит так: переход-корпус-радиатор-воздух. И вдоль всего этого тракта в направлении потока тепла температура обязана снижаться. В каждой следующей точке должна быть ниже или хотя бы не выше, чем в предыдущей точке. Почему же у вас наблюдается обратное явление?
    3) Не понял вашего ответа. Переформулирую вопрос: почему сумма указанных тепловых сопротивлений составляющих теплового тракта оказалась много меньше общего сопротивления тракта.

    Кстати, запостили бы это в «рожденный с паяльником», я бы там же повторил свои вопросы, мне интересно коллективное обсуждение.

  • sentiment_ru

    @arktur04
    прочитав продолжение, понял что такое tetta_{JA}=62, это тепловое сопротивление вывешенного в воздухе корпуса транзистора из документации. (в заблуждение ввело то, что контекст подразумевал не просто транзистор, а транзистор на теплоотводе). Оно действительно параллельно остальной цепочке, за исключением того, что его надо указывать существенно большим — будучи посаженным на радиатор, сам корпус теряет половину своей теплорассеивающей площади. Первый и третий вопросы снимаются.

    И насчет третьего вопроса: Температура пластмассы корпуса, если с поверхности этой пластмассы нет значимого потока тепла в воздух, не должна значимо отличаться от того, что под ней. Впрочем небольшой поток есть, 1/10 ватта, примерно, и он дал эту разницу температур.

    Больше вопросов нет, я разобрался.

  • arktur04

    Да, я согласен с тем, что сопротивление theta_J_A это сопротивление просто корпуса без радиатора, а для учёта только сопротивления части корпуса, не соприкасающейся с радиатором, нужна бОльшая величина. Однако она мне неизвестна, поэтому считаем так, приближённо.
    Был бы тепловизор, было бы проще, наверное.

    Насчёт всяких сообществ, типа «рождённый с п…» я хочу сказать следующее: инженер работает не паяльником, а головой.