ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์
เครื่องคำนวณความร้อนทรานซิสเตอร์และฮีตซิงก์
ประมาณอุณหภูมิรอยต่อ ส่วนเผื่อความร้อน กำลังสูญเสียสูงสุดและความต้านทานความร้อนฮีตซิงก์
ค่าที่ป้อน
ผลลัพธ์
- ค่าประมาณอุณหภูมิรอยต่อ
- —
- ส่วนเผื่ออุณหภูมิ
- —
- อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น
- —
- ค่าประมาณกำลังสูญเสียสูงสุด
- —
- ความต้านทานความร้อนฮีตซิงก์สูงสุด
- —
—ประมาณอุณหภูมิรอยต่อและเปรียบเทียบความต้านทานความร้อนฮีตซิงก์
ประมาณอุณหภูมิรอยต่อในสภาวะคงตัวของทรานซิสเตอร์หนึ่งตัวหรืออุปกรณ์อื่นที่ทราบกำลังสูญเสีย เลือกแบบจำลองแพ็กเกจเปล่าหรือเส้นทางความร้อนอนุกรมผ่านเคส รอยต่อการติดตั้ง และฮีตซิงก์ เปรียบเทียบอุณหภูมิที่เพิ่ม ระยะเผื่อ และกำลังสูญเสียสูงสุดตามแบบจำลอง การคำนวณไม่จำลองความร้อนชั่วครู่ การเชื่อมโยงความร้อนระหว่างอุปกรณ์ หรือเส้นทางความร้อนขนานผ่าน PCB
ขั้นตอนการใช้งาน
- เลือกมีหรือไม่มีฮีตซิงก์ แล้วป้อนกำลังสูญเสียอุปกรณ์ใน W ใช้ความร้อนที่เกิดในอุปกรณ์ ไม่ใช่กำลังที่ส่งให้โหลด ลิงก์จากเครื่องคิดเลข MOSFET เติมค่าประมาณการสูญเสียทรานซิสเตอร์ล่วงหน้าได้ ตรวจค่านี้กับเงื่อนไขการทำงานที่ต้องการ
- ป้อนอุณหภูมิแวดล้อมและขีดจำกัดอุณหภูมิรอยต่อที่เลือกใน °C หากไม่มีฮีตซิงก์ ให้ป้อนความต้านทานความร้อนรอยต่อถึงแวดล้อม θJA หากมีฮีตซิงก์ ให้ป้อนรอยต่อถึงเคส θJC เคสถึงฮีตซิงก์ θCS และฮีตซิงก์ถึงแวดล้อม θSA ใน °C/W
- อ่านอุณหภูมิรอยต่อ อุณหภูมิที่เพิ่ม และระยะเผื่อร่วมกัน เปรียบเทียบความต้านทานความร้อนฮีตซิงก์ที่ป้อนกับค่าสูงสุดที่คำนวณ เปลี่ยนกำลังสูญเสีย อุณหภูมิแวดล้อม หรือความต้านทานความร้อนเพื่อดูผล แล้วเผื่อการทำงานอย่างเหมาะสมและตรวจสอบชุดประกอบจริง
การตั้งค่าและข้อจำกัด
- เส้นทางความร้อนและอุณหภูมิแวดล้อม
- แบบจำลองแพ็กเกจเปล่าใช้ θJA ส่วนโหมดฮีตซิงก์รวม θJC + θCS + θSA อุณหภูมิรอยต่อคืออุณหภูมิแวดล้อมบวกกำลังสูญเสียคูณความต้านทานความร้อนรวม ใช้อุณหภูมิแวดล้อมขณะทำงานใกล้ชุดประกอบ ความต้านทานความร้อนขึ้นกับแพ็กเกจ PCB รอยต่อการติดตั้ง การไหลอากาศ และการติดตั้ง ค่าในเอกสารข้อมูลต้องมีเงื่อนไขที่สอดคล้องกัน
- ขีดจำกัดรอยต่อและระยะเผื่อกำลัง
- ขีดจำกัดรอยต่อเป็นค่าที่คุณเลือก ไม่ใช่พิกัดที่อนุมานจากหมายเลขชิ้นส่วน ระยะเผื่อคือขีดจำกัดนั้นลบอุณหภูมิรอยต่อประมาณ กำลังสูญเสียสูงสุดตามแบบจำลองคืออุณหภูมิที่ยังเพิ่มได้หารด้วยความต้านทานความร้อนรวม โดยจำกัดค่าต่ำสุดเป็นศูนย์เมื่ออุณหภูมิแวดล้อมสูงกว่าขีดจำกัดแล้ว
- ความต้านทานความร้อนฮีตซิงก์ที่ต้องการ
- θSA สูงสุดที่ยอมให้คือ (ขีดจำกัดรอยต่อ − อุณหภูมิแวดล้อม) / กำลังสูญเสีย − θJC − θCS ค่า θSA ที่เป็นบวกและต่ำกว่าจะให้อุณหภูมิเพิ่มน้อยกว่าในแบบจำลองนี้ ค่าที่ต้องการเปลี่ยนตามอุณหภูมิแวดล้อมและกำลัง ไม่ได้เลือกฮีตซิงก์หรือคำนึงถึงอุปกรณ์อื่นที่ใช้ร่วมกัน
ตัวอย่างการใช้งาน
เลือกโหมดฮีตซิงก์ที่กำลังสูญเสีย 5 W อุณหภูมิแวดล้อม 40 °C และขีดจำกัดรอยต่อ 125 °C ป้อน θJC = 2 °C/W, θCS = 0.5 °C/W และ θSA = 10 °C/W ความต้านทานความร้อนรวมคือ 12.5 °C/W อุณหภูมิเพิ่ม 62.5 °C และอุณหภูมิรอยต่อ 102.5 °C
| 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 |
ระยะเผื่อคือ 22.5 °C กำลังสูญเสียสูงสุดตามแบบจำลอง 6.8 W และความต้านทานความร้อนฮีตซิงก์สูงสุด 14.5 °C/W เปลี่ยนเฉพาะ θSA เป็น 20 °C/W จะได้อุณหภูมิรอยต่อ 152.5 °C และระยะเผื่อ −27.5 °C หากไม่มีฮีตซิงก์ การป้อน θJA เท่ากับ 20 °C/W จะให้อุณหภูมิรอยต่อ 140 °C ที่กำลังและอุณหภูมิแวดล้อมเดียวกัน
คำถามและการแก้ปัญหา
นำค่า θJA ในเอกสารข้อมูลไปใช้กับทุก PCB ได้หรือไม่?
θJA รวมการถ่ายเทความร้อนผ่านบอร์ดและสภาพแวดล้อมที่ระบุ จึงไม่ใช่ค่าคงที่สากลของแพ็กเกจเพียงอย่างเดียว ใช้ค่าที่มีเหตุผลรองรับสำหรับ PCB การไหลอากาศ และตัวครอบของคุณ หรือวัดคุณลักษณะชุดประกอบ การเปลี่ยนทองแดงบนบอร์ดหรือแหล่งความร้อนใกล้เคียงอาจเปลี่ยนเส้นทางที่มีผลจริง
ไม่มีฮีตซิงก์แบบพาสซีฟที่มีค่าจำกัดหมายความว่าอย่างไร?
ความต้านทานความร้อนฮีตซิงก์ที่ยังยอมให้เหลือเป็นศูนย์หรือลบ หลังจากพจน์รอยต่อถึงเคสและรอยต่อการติดตั้งใช้ช่วงอุณหภูมิที่อนุญาตหมด การปรับปรุงฮีตซิงก์อย่างเดียวไม่สามารถตอบสนองอินพุตแบบจำลองเหล่านี้ด้วยความต้านทานที่เป็นบวกและมีค่าจำกัดได้ ลดกำลังหรืออุณหภูมิแวดล้อม ปรับปรุงพจน์เส้นทางอื่น หรือปรับขีดจำกัดที่มีเหตุผลรองรับ
เหตุใดกำลังสูญเสียศูนย์จึงไม่แสดงข้อกำหนดฮีตซิงก์?
เมื่อไม่มีความร้อนในแบบจำลองสภาวะคงตัวนี้ อุณหภูมิรอยต่อเท่ากับอุณหภูมิแวดล้อม และไม่มีความต้านทานความร้อนฮีตซิงก์ที่คำนวณจากกำลังได้ ยังต้องเปรียบเทียบอุณหภูมิแวดล้อมกับขีดจำกัดรอยต่อ เครื่องมือยอมรับกำลังสูญเสียศูนย์ แต่ต้องมีความต้านทานความร้อนรวมเป็นบวก