Sähkö ja elektroniikka

Transistorin lämpötila- ja jäähdytyselementtilaskuri

Arvioi liitoslämpötila, lämpötilamarginaali, enimmäisteho ja jäähdytyselementin tarvittava lämpövastus.

Syötetyt arvot

Tulokset

Liitoslämpötilan arvio: —

Lämpötilamarginaali: —

Lämpötilan nousu: —

Enimmäistehohäviön arvio: —

Jäähdytyselementin enimmäislämpövastus: —

Kaava—

Arvioi liitoslämpötila ja vertaile jäähdytyselementin lämpövastusta

Arvioi yhden transistorin tai muun komponentin vakaan tilan liitoslämpötila tunnetulla häviöteholla. Valitse kotelon malli ilman jäähdytyselementtiä tai sarjamuotoinen lämmönsiirtoreitti kotelon, asennusrajapinnan ja jäähdytyselementin kautta. Vertaa lämpötilan nousua, marginaalia ja suurinta mallinnettua häviötehoa. Laskenta ei simuloi transienttia lämpenemistä, komponenttien välistä lämpökytkentää eikä rinnakkaisia lämmönsiirtoreittejä PCB:n kautta.

Vaihe vaiheelta

Valitse jäähdytyselementillä tai ilman ja anna komponentin häviöteho yksikössä W. Käytä komponentissa syntyvää lämpöä, älä kuormalle toimitettua tehoa. MOSFET-laskurin linkki voi esitäyttää sen transistorihäviöarvion; tarkista arvo aiottua käyttöolosuhdetta vasten.
Anna ympäristön lämpötila ja valitsemasi liitoslämpötilan raja yksikössä °C. Ilman jäähdytyselementtiä anna liitoksen ja ympäristön välinen lämpövastus θJA. Jäähdytyselementtiä käytettäessä anna liitoksen ja kotelon välinen θJC, kotelon ja jäähdytyselementin välinen θCS sekä jäähdytyselementin ja ympäristön välinen θSA yksikössä °C/W.
Lue liitoslämpötila, lämpötilan nousu ja marginaali yhdessä. Vertaa annettua jäähdytyselementin lämpövastusta laskettuun enimmäisvaatimukseen. Muuta häviötehoa, ympäristöä tai lämpövastusta tuloksen tutkimiseksi, jätä sitten sopiva käyttövara ja varmista fyysinen kokoonpano.

Asetukset ja rajoitukset

Lämmönsiirtoreitti ja ympäristö: Malli ilman jäähdytyselementtiä käyttää arvoa θJA; jäähdytyselementtitila summaa θJC + θCS + θSA. Liitoslämpötila on ympäristön lämpötila plus häviöteho kerrottuna kokonaislämpövastuksella. Käytä paikallista ympäristön lämpötilaa kokoonpanon lähellä käytön aikana. Lämpövastus riippuu kotelosta, PCB:stä, asennusrajapinnasta, ilmavirrasta ja asennuksesta; datalehden arvo edellyttää yhteensopivia olosuhteita.
Liitoslämpötilan raja ja tehomarginaali: Liitoslämpötilan raja on valitsemasi arvo, ei osanumerosta päätelty nimellisraja. Marginaali on tämä raja miinus arvioitu liitoslämpötila. Suurin mallinnettu häviöteho on käytettävissä oleva lämpötilan nousu jaettuna kokonaislämpövastuksella, ja se rajataan nollaan, kun ympäristön lämpötila on jo rajan yläpuolella.
Vaadittu jäähdytyselementin lämpövastus: Suurin sallittu θSA on (liitoslämpötilan raja − ympäristön lämpötila) / häviöteho − θJC − θCS. Pienempi positiivinen θSA tuottaa tässä mallissa pienemmän lämpötilan nousun. Vaadittu arvo muuttuu ympäristön ja tehon mukaan; se ei valitse jäähdytyselementtiä eikä huomioi toista komponenttia, joka käyttää samaa elementtiä.

Esimerkkitehtävä

Valitse jäähdytyselementtitila, häviöteho 5 W, ympäristön lämpötila 40 °C ja liitoslämpötilan raja 125 °C. Anna θJC = 2 °C/W, θCS = 0.5 °C/W ja θSA = 10 °C/W. Kokonaislämpövastus on 12.5 °C/W, lämpötilan nousu 62.5 °C ja liitoslämpötila 102.5 °C.

Odotettu tulos
θ	TJ	ΔT	Tlimit − TJ	Pmax
θSA = 10 °C/W	102.5 °C	62.5 °C	22.5 °C	6.8 W
θSA = 20 °C/W	152.5 °C	112.5 °C	−27.5 °C	3.77778 W
θJA = 20 °C/W	140 °C	100 °C	−15 °C	4.25 W

Marginaali on 22.5 °C, suurin mallinnettu häviöteho 6.8 W ja jäähdytyselementin suurin lämpövastus 14.5 °C/W. Pelkän θSA:n muuttaminen arvoon 20 °C/W antaa liitoslämpötilaksi 152.5 °C ja marginaaliksi −27.5 °C. Ilman jäähdytyselementtiä annettu θJA-arvo 20 °C/W antaisi sen sijaan liitoslämpötilaksi 140 °C samalla teholla ja ympäristön lämpötilalla.

Kysymykset ja ongelmanratkaisu

Voinko käyttää datalehden θJA-arvoa mille tahansa PCB:lle?

θJA sisältää lämmönsiirron määritellyn levyn ja ympäristön kautta, joten se ei ole yleispätevä pelkän kotelon vakio. Käytä arvoa, joka on perusteltu omalle PCB:llesi, ilmavirralle ja koteloinnille, tai määritä kokoonpanon ominaisuudet mittaamalla. Levyn kuparin tai lähellä olevien lämmönlähteiden muuttaminen voi muuttaa tehollista lämmönsiirtoreittiä.

Mitä tarkoittaa, ettei äärellinen passiivinen jäähdytyselementti riitä?

Jäljelle jäävä sallittu jäähdytyselementin lämpövastus on nolla tai negatiivinen, kun liitoksen ja kotelon sekä rajapinnan termit ovat kuluttaneet lämpötilavaran. Pelkän jäähdytyselementin parantaminen ei voi täyttää näitä mallinnettuja lähtöarvoja äärellisellä positiivisella lämpövastuksella. Pienennä tehoa tai ympäristön lämpötilaa, paranna reitin muita termejä tai tarkista perusteltu raja.

Miksi nollahäviöteho ei näytä jäähdytyselementtivaatimusta?

Kun tässä vakaan tilan mallissa ei synny lämpöä, liitoslämpötila on sama kuin ympäristön lämpötila eikä tehoon perustuvaa jäähdytyselementin lämpövastusta voi laskea. Ympäristön lämpötilaa on silti verrattava liitoslämpötilan rajaan. Työkalu hyväksyy nollahäviötehon mutta vaatii positiivisen kokonaislämpövastuksen.