Ohm törvénye termikus

A termikus Ohm-törvény lehetővé teszi, hogy kiszámítja a csomópont hőmérséklete T J a félvezető elemek ( diódák , különböző tranzisztorok , tirisztorok , triak , stb ).

Meghatározás

Az Ohm-törvény és a háló- törvény (Kirchhoff-törvény) analógiájára :

TJ (csatlakozási hőmérséklet (° C vagy ° K)) egyenértékű az elektromos feszültséggel

TA (környezeti hőmérséklet (° C vagy ° K)) egyenértékű az elektromos feszültséggel

P (hőteljesítmény (W)) egyenértékű az elektromos árammal

RTHJA ( Hőállóság (° C / W vagy ° K / W) egyenértékű az elektromos ellenállás

Tehát, ha a hálótörvényt alkalmazzuk, a következőket kapjuk:

${\ displaystyle T _ {\ mathrm {J}} -P \ cdot R _ {\ mathrm {thJA}} -T _ {\ mathrm {A}} = 0}$

az:

${\ displaystyle T _ {\ mathrm {J}} = T _ {\ mathrm {A}} + P \ cdot R _ {\ mathrm {thJA}}}$

A hőmérséklet és a hőteljesítmény közötti kapcsolat szigorúbban viseli a Fourier-törvény nevét . Mivel azonban ez ugyanolyan formában van, mint Ohm törvénye , az elektronika területén dolgozók a termikus Ohm törvény kifejezést használják. A Fourier-törvény elméletét azonban jóval Ohm törvénye előtt megfogalmazták.

Az energiaelemek (diódák, tranzisztorok, tirisztorok) általában hűtőbordákra vannak szerelve , amelyek elősegítik a keletkező veszteségek kiürítését . Általában szigetelő van ( csillámlap , kompozit anyag stb. ), Hogy a félvezetőt elektromosan szigetelje a disszipátorból. Ebben az esetben az elágazás-környezet hőellenállás három kifejezés összege:

az elosztódoboz R ThJB hőellenállása , amelyet a gyártó adott meg;
az eset-disszipátor R thBR hőellenállása , amely a szigetelő jelenlététől vagy hiányától függ;
a hűtőborda-környezeti hőellenállás R thRA , amely függ a hűtőborda méretétől és típusától (egylemezes, bordás hűtőborda stb. ), színétől (fekete, ezüst), helyzetétől (vízszintes, függőleges) és hűtésétől mód (természetes vagy kényszerített konvekció, vízkeringés stb. ).

Nagyságrendek

R thJA tranzisztor nélkül használjuk hűtőborda: 200 , hogy 500 ° C / W TO-18 (kis hengeres ház, fém) és TO-92 (kis hengeres ház, műanyag), 100-tól 200 TO-39 / Tő-5 ( közepes hengeres ház, fém), 85–150 TO-126-hoz (lapos ház, műanyag), 60–80 TO-220-hoz (lapos ház, műanyag réz füllel a hőátadás javítása érdekében, lásd a bemutatott tranzisztort), 30–40 TO-3-hoz (ovális ház, fém).
R thJB hűtőbordával használt tranzisztoroknál: 175 ° C / W TO-18 esetén, 80-90 TO-92-ig, 20-30 30 TO-39-ig, 5-6 TO-126-ig, 2-4 TO-220-ig, 1-től 2-ig a TO-3 esetében.
R thBR TO-3 csomagolású tranzisztorokhoz: 0,25 ° C / W száraz, szigetelés nélkül; 0,15 szigetelés nélkül, de szilikon zsírral ; 0,35 csillámszigeteléssel és szilikon zsírral .
R thRA egy tipikus hűtőbordára, amelynek mindkét oldalán nyolc uszony és 10 cm hosszúság van : 1 és 1,75 ° C / W között, az elvezetett teljesítmény függvényében, természetes konvekcióban; Az R thRA 0,4 ° C / W-ra csökkenhet, ha kényszerített szellőztetést alkalmaznak, a levegő sebességétől függően.

Példák

1. példa: a csomópont hőmérséklete a disszipátor függvényében

"5 V " feszültségszabályozó táplálja az áramkört, amely 2,5 A áramot szolgáltat ? Az átlagos feszültség bemenetén a szabályozó 8 V . A szabályozó TO-3 házba van felszerelve, amelynek hőellenállása 1,5 ° C / W ; 5 ° C / W R thRA- disszipátorra van szerelve és szilikonzsírral bevont csillámlappal elektromosan szigetelt ; R THBR ebben az esetben egyenlő a 0,4 ° C / W . Mekkora lesz a szabályozó teljesítménytranzisztoros csatlakozásának hőmérséklete 25 ° C környezeti hőmérsékleten?

Elnyelt teljesítmény a szabályozó: I × (potenciális különbség a bemeneti és a kimeneti a vezérlő), vagy a 7,5 W .

Ohm termikus törvény tehát ad T J = T A + [ I ( V in - V out ) × R thJA ] = 25 + 7,5 × (1,5 + 0,4 + 5) = 76,75 ° C .

2. példa: hűtőborda méretezése

Az „5 V ” feszültségszabályozó 1 A-t szolgáltat, és egy 7 V-os forrás táplálja . A termikus ellenállás csomópont-környezeti R thJA 65 ° C / W , és a termikus ellenállás R kapcsolódású esetben thJB 5 ° C / W .

A hűtőborda maximális hőellenállása:

R thrA = [( T J - T A ) / P ] - R thJB

Ha a maximális csatlakozási hőmérsékletet 100 ° C és a maximális környezeti hőmérsékletet 30 ° C- ra választjuk , akkor a következőket találjuk:

R thRA = ( 100 ° C - 30 ° C ) / [1 A × (7 V - 5 V)] - 5 ° C / W = 30 ° C / W

jegyzet

Az eloszlott erő gyakran a Joule-hatásnak köszönhető. Az ellenálláson (vagy ugyanúgy viselkedő elemen) áteső potenciál csökkenése az energia elvezetését okozza:

{\ displaystyle P = R \ cdot I ^ {2}}

[W]

Megjegyzések és hivatkozások

Teljesítménytranzisztorok , Thomson CSF - Sescosem, 1975, p. 75.
Teljesítménytranzisztorok , op. cit. , 1975, p. 77.
Teljesítménytranzisztorok , op. cit. , P. 81.

Lásd is

Kapcsolódó cikkek

Külső hivatkozás

Hűtőborda (radiátor): hogyan kell kiszámítani?