7.3. Расчет радиаторов

Перегрев полупроводниковых приборов можно уменьшить путем увеличения теплоотдающей поверхности, т. е. установки прибора на радиатор. Для систем воздушного ох­лаждения широко используют следующие типы радиаторов [6]: пластинчатые, ребристые, игольчато-штыревые, типа“краб”, жалюзийные, петельно-проволочные. Их конструкции представлены на рис. 7.10. Наибольшей эффективностью обладают игольчато-штыревые радиаторы.

Рис. 7.10. Радиаторы воздушного охлаждения: а — пластинчатый; б—ребристый; в—игольчато-штыревой; г—типа “краб”; д—жалюзий-ный; е — петельно-проволочный

Исходными данными при проектировании или выборе радиа­тора являются:

- предельная температура рабочей области прибо­ра tp ;

- рассеиваемая прибором мощность Р;

- температура окружа­ющей среды to;

- внутреннее тепловое сопротивление прибора между рабочей областью и корпусом Рвн ;

- тепловое сопротивление кон­такта между прибором и радиатором Rк;

- тепловая модель прибо­ра с радиатором приведена на рис. 7.11.

Методика расчета сле­дующая [6].

1. Определяем перегрев места крепления прибора с радиато­ром

tк—to=(tp—to)- P(Rвн + Rк), (7.18)

где Rк = 2,2 ^. 10 ^{- 4} Sк; Sк — площадь контактной поверхности, м².

2. Определяем в первом приближении средний перегрев осно­вания радиатора

Dts = ts — to = 0,83(tк — to). (7.19)

3. Выбираем тип радиатора. Эта процедура является эмпири­ческой и предполагает знание сравнительной эффективности раз­личных типов радиаторов.

В первом приближении выбрать тип радиатора и условия те­плообмена можно с помощью графиков, представленных на рис. 7.12.

Рис. 7.11. Графики выбора типа радиатора: Рис. 7.12. Коэффициент эффективной

при свободной конвекции—пластин­чатые теплоотдачи игольчато- штыревых

(область 1), ребристые (1—4), игольчато- радиаторов в условиях свободной

штыревые (1—5); при вынужден­ном дви- конвекции

жении воздуха—пластинчатые (3), реб-

ристые (6, 7, 8), петельно-проволочные

(8, 9), жалюзийные (10, 11), игольчато-

штыревые (11, 12)

Здесь предполагается, что удельная мощность рассеивания q = P/ Sp задана и точка пересечения параметров Dts и q указывает область, которой соответствует определенный тип радиатора и ус­ловия охлаждения (Sp — площадь основания радиатора).

4. Определяем коэффициент эффективной теплоотдачи радиа­тора.

Игольчато-штыревые радиаторы. Графики зависимости коэф­фициента эффективной теплоотдачи игольчато-штыревых радиа­торов приведены на рис. 7.12, а их конструктивные параметры— в табл. 7.5.

В условиях вынужденного воздушного охлаждения коэффици­ент эффективной теплоотдачи этих радиаторов выбирается в за­висимости от скорости потока воздуха v из графика на рис. 7.13.

Таблица 7.5. Конструктивные

параметры игольчато-штыревых

радиаторов

Номера позиций ра-	Размеры, мм
диаторов на рис. 4.22, 4.24	h	Sш	d
1	32	7	2,5
2	20	7	2
3	15	7	2
4	12,5	7	2,5
5	32	9	2,5
6	20	9	2
7	15	9	2
8	12,5	9	2

Таблица 7.6. Конструктивные параметры

ребристых радиаторов

Номера	Размеры, мм
позиций
радиато­ров на рис.	h	d1	Sш	L1= L2
4.24, 4.25
1	32	1	10	40
2	32	1	10	80
3	20	1	10	40
4	20	1	10	80
5	12,5	1	10	40
6	12,5	1	10	80

Рис. 7.13. Коэффициент эффективной тепло- Рис. 7.14. Коэффициент эффектив-

отдачи игольчато-штыревых радиаторов в ной теплоотдачи ребристых радиа-

условиях вынуж­денного охлаждения торов в условиях свободной кон-

векции

Ребристые радиаторы. Графики зависимости коэффициента эффективной теплоотдачи ребристых радиаторов в условиях сво­бодного и вынужденного охлаждения представлены на рис. 7.14 и 7.15. Конструктивные параметры ребристых радиаторов приве­дены в табл. 7.6.

5. Находим площадь основания радиатора

Рис. 7.15. Коэффициент эффективной теплоотдачи ребристых радиаторов в

условиях вынужденного охлаж­дения

6. Определяем средний перегрев основания радиатора во вто­ром приближении

где

lp — коэффициент теплопроводности материала радиатора; Sp— толщина основания радиатора.

7. Уточняем площадь основания радиатора

(7.20)

Пример расчета радиатора. Рассчитать параметры игольчато-штыревого ра­диатора для транзистора КТ913-А, работающего при температуре окружающей среды 60°С в условиях естественного воздушного охлаждения. Рассеиваемая мощность транзистора 3,2 Вт, внутреннее тепловое сопротивление Rвн=10 К/Вт, максимально допустимая температура р—п-перехода tр-п = 150°С. Площадь контакта транзистора с радиатором Sк=65,5•10^-6 м².

1. Примем рабочую температуру р—n-перехода tр = 140°С и определим до­пустимый перегрев контакта транзистора с радиатором:

tк — tр = (140 — 60) — 3,2(10 + 2,2 ^. 10 ^-4 / 65,5 ^. 10-⁶) =37,25 К.

2. Определим средний перегрев основания радиатора Dts = 0,83^. 37,25 =30,92 К.

3. Выберем игольчато-штыревой радиатор с параметрами

h = 15 мм; Sш = 7 мм; d=2 мм.

4. Находим из рис. 7.13 коэффициент эффективной теплоотдачи выбранного радиатора при Dts = 31 К:

47 Вт/(м ^. К).

5. Определим средний перегрев основания радиатора во втором приближе­нии. При этом выберем в качестве материала радиатора алюминий, у которого lр = 208 Вт/м ^. К, а толщину основания dр = 2 мм. Тогда, представляя данные в (4.72), получаем Dtsо = 34,1 К.

6. Уточняем площадь основания радиатора