3.3 Расчет радиаторов

Транзисторы VT3, VT4, VT6, VT7, VT9, VT10 работают в импульсном режиме, и через них протекает большой ток. Для защиты от теплового пробоя транзисторов применяют радиаторы.

При определении объема теплоотводящего радиатора вначале рассчитывается необходимая площадь радиатора, работающего в условиях теплообмена путем естественной конвекции. Затем выбирается радиатор, имеющий рассчитанную площадь. При этом необходимые размеры радиатора определяются как конструкцией блока, так и возможностью закрепления на нем тепловыделяющих полупроводниковых приборов. После этого определяется объем используемого в блоке радиатора.

Определим перегрев коллекторного перехода транзистора (VT3, VT4, VT6, VT7, VT9, VT10) относительно его корпуса:

Суммарная мощность выделяющаяся на одном из силовых транзисторов инвертора:

=10*2=20 Вт. (38)

Определим перегрев коллекторного перехода силового транзистора инвертора относительно его корпуса:

20*10,9=218С, (39)

где R_тк - тепловое сопротивление переход-корпус для данного типа транзистора, С/Вт.

Задавшись перегревом корпуса силового транзистора инвертора 30С, определяем его температуру:

70+30=100С, (40)

где Т_{с max} - максимальная температура окружающей среды, С.

Определяем температуру коллекторного перехода силового транзистора инвертора:

100+218=318С, (41)

Температура перехода без радиатора превышает максимально допустимую, следовательно, применение радиатора необходимо.

Так как один транзистор инвертора находится в открытом состоянии только 1/3 периода колебаний 200 Гц (то есть 3/200=0,015 с), то средняя температура корпуса силового транзистора инвертора будет в 3 раза меньше, то есть

100/3=33,33 С.

Максимальная допустимая мощность, рассеиваемая на силовом транзисторе инвертора, в этом случае равна:

Вт, (42)

где Т_пmax - максимальная допустимая температура перехода для данного типа транзистора, С.

Поскольку P_Кmax.и<P₁=15,29 Вт, а также температура корпуса силового транзистора инвертора не превышает максимально допустимую, то выбранный тип транзистора может быть применен в данной схеме.

Определяем габаритные размеры теплоотводящего радиатора для силового транзистора инвертора. Выбираем алюминиевый пластинчатый радиатор с черной матовой поверхностью, так как его коэффициент теплоотдачи достаточен.

Тепловое сопротивление корпус-радиатор:

С/Вт, (43)

где _тк.и - коэффициент теплоотдачи корпуса силового транзистора инвертора, Вт/(см^{2 .} С), S_к.и - площадь корпуса силового транзистора инвертора соприкасающаяся с радиатором, см².

Определяем необходимую площадь поверхности радиатора:

см², (44)

где _тр.и - коэффициент теплоотдачи радиатора, Вт/(см^{2 .} С).

Габаритные размеры радиатора:

см, (45)

где h_р.и - высота радиатора, см;

b_р.и - ширина радиатора, см.

Толщину радиатора выбираем равную 6 мм, тогда расчетный радиатор будет иметь следующие габаритные размеры 6 х 80 х 85 мм.

Так как в инверторе используются 3 одинаковых пары транзисторов и коллекторы каждой пары соединены электрически, то можно разместить их все на трех электрически изолированных радиаторах по два, но ширину радиаторов увеличить вдвое.

Таким образом, при использовании для силовых транзисторов пластинчатых радиаторов с размерами 6 х 160 х 85 мм будет обеспечен нормальный тепловой режим их работы. Расчет проводился по максимальному параметру R_тк, следовательно, для данных транзисторов при производстве не потребуется подбор по параметрам.