Điện và điện tử
Máy tính nhiệt transistor và bộ tản nhiệt
Ước tính nhiệt độ tiếp giáp, dự phòng nhiệt, công suất tiêu tán tối đa và điện trở nhiệt tản nhiệt.
Dữ liệu nhập
Kết quả
- Ước tính nhiệt độ tiếp giáp
- —
- Dự phòng nhiệt độ
- —
- Độ tăng nhiệt độ
- —
- Ước tính công suất tiêu tán tối đa
- —
- Điện trở nhiệt tản nhiệt tối đa
- —
—Ước tính nhiệt độ tiếp giáp và so sánh nhiệt trở bộ tản nhiệt
Ước tính nhiệt độ tiếp giáp ở trạng thái ổn định của một transistor hoặc linh kiện khác có công suất tiêu tán đã biết. Chọn mô hình vỏ không có bộ tản nhiệt hoặc đường truyền nhiệt nối tiếp qua vỏ, mối tiếp xúc lắp ghép và bộ tản nhiệt. So sánh mức tăng nhiệt độ, biên dự phòng và công suất tiêu tán tối đa theo mô hình. Phép tính không mô phỏng sự nóng lên quá độ, tương tác nhiệt giữa các linh kiện hay đường truyền nhiệt song song qua PCB.
Từng bước thực hiện
- Chọn có hoặc không có bộ tản nhiệt và nhập công suất tiêu tán của linh kiện theo W. Dùng nhiệt sinh ra trong linh kiện, thay vì công suất được cấp cho tải. Liên kết từ máy tính MOSFET có thể điền sẵn ước tính tổn hao transistor; hãy kiểm tra giá trị đó theo điều kiện hoạt động dự kiến.
- Nhập nhiệt độ môi trường và giới hạn nhiệt độ tiếp giáp bạn chọn theo °C. Không có bộ tản nhiệt thì nhập nhiệt trở tiếp giáp–môi trường θJA. Có bộ tản nhiệt thì nhập tiếp giáp–vỏ θJC, vỏ–bộ tản nhiệt θCS và bộ tản nhiệt–môi trường θSA theo °C/W.
- Đọc cùng lúc nhiệt độ tiếp giáp, mức tăng nhiệt độ và biên dự phòng. So sánh nhiệt trở bộ tản nhiệt đã nhập với yêu cầu tối đa được tính. Thay đổi công suất tiêu tán, môi trường hoặc nhiệt trở để xem kết quả, rồi dành biên dự phòng hoạt động phù hợp và kiểm tra cụm lắp ráp thực tế.
Cài đặt và giới hạn
- Đường truyền nhiệt và môi trường
- Mô hình không có bộ tản nhiệt dùng θJA; chế độ bộ tản nhiệt cộng θJC + θCS + θSA. Nhiệt độ tiếp giáp bằng nhiệt độ môi trường cộng công suất tiêu tán nhân tổng nhiệt trở. Dùng nhiệt độ môi trường hoạt động cục bộ gần cụm lắp ráp. Nhiệt trở phụ thuộc vỏ, PCB, mối tiếp xúc lắp ghép, luồng khí và cách lắp đặt; giá trị trong bảng dữ liệu cần điều kiện tương thích.
- Giới hạn tiếp giáp và biên công suất
- Giới hạn tiếp giáp là giá trị bạn chọn, không phải định mức suy ra từ mã linh kiện. Biên dự phòng là giới hạn đó trừ nhiệt độ tiếp giáp ước tính. Công suất tiêu tán tối đa theo mô hình là mức tăng nhiệt độ còn cho phép chia tổng nhiệt trở, được giới hạn ở không khi môi trường đã vượt giới hạn.
- Nhiệt trở bộ tản nhiệt cần thiết
- θSA tối đa cho phép là (giới hạn tiếp giáp − môi trường) / công suất tiêu tán − θJC − θCS. θSA dương thấp hơn cho mức tăng nhiệt độ nhỏ hơn trong mô hình này. Giá trị cần thiết thay đổi theo môi trường và công suất; nó không chọn bộ tản nhiệt hay tính đến linh kiện khác dùng chung bộ tản nhiệt.
Ví dụ thực hành
Chọn chế độ bộ tản nhiệt với công suất tiêu tán 5 W, môi trường 40 °C và giới hạn tiếp giáp 125 °C. Nhập θJC = 2 °C/W, θCS = 0.5 °C/W và θSA = 10 °C/W. Tổng nhiệt trở là 12.5 °C/W, mức tăng nhiệt độ 62.5 °C và nhiệt độ tiếp giáp 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 |
Biên dự phòng là 22.5 °C, công suất tiêu tán tối đa theo mô hình 6.8 W và nhiệt trở bộ tản nhiệt tối đa 14.5 °C/W. Chỉ đổi θSA thành 20 °C/W sẽ cho nhiệt độ tiếp giáp 152.5 °C và biên dự phòng −27.5 °C. Nếu không có bộ tản nhiệt, θJA được nhập là 20 °C/W sẽ cho nhiệt độ tiếp giáp 140 °C ở cùng công suất và môi trường.
Câu hỏi và khắc phục sự cố
Có thể dùng lại giá trị θJA trong bảng dữ liệu cho bất kỳ PCB nào không?
θJA bao gồm truyền nhiệt qua bo mạch và môi trường được chỉ định, nên không phải hằng số phổ quát chỉ của vỏ. Dùng giá trị có cơ sở cho PCB, luồng khí và hộp chứa của bạn, hoặc đo xác định đặc tính cụm lắp ráp. Thay đổi lượng đồng trên bo mạch hay nguồn nhiệt gần đó có thể làm đổi đường truyền hiệu dụng.
Không có bộ tản nhiệt thụ động hữu hạn nghĩa là gì?
Nhiệt trở bộ tản nhiệt còn cho phép bằng không hoặc âm sau khi các thành phần tiếp giáp–vỏ và tiếp xúc đã dùng hết mức nhiệt độ cho phép. Chỉ cải thiện bộ tản nhiệt không thể đáp ứng các đầu vào của mô hình đó với nhiệt trở dương hữu hạn. Giảm công suất hoặc nhiệt độ môi trường, cải thiện các thành phần khác của đường truyền hoặc điều chỉnh giới hạn có cơ sở.
Tại sao công suất tiêu tán bằng không không cho thấy yêu cầu bộ tản nhiệt?
Khi nhiệt bằng không trong mô hình trạng thái ổn định này, nhiệt độ tiếp giáp bằng môi trường và không có nhiệt trở bộ tản nhiệt dựa trên công suất để tính. Vẫn phải so sánh môi trường với giới hạn tiếp giáp. Công cụ chấp nhận công suất tiêu tán bằng không nhưng yêu cầu tổng nhiệt trở dương.