मैं एल्यूमीनियम फ्लैट स्टॉक के थर्मल प्रतिरोध की गणना कैसे करूं


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एल्यूमीनियम फ्लैट स्टॉक के एक टुकड़े के लिए बहुत सारे पावर सर्किट के लिए यह आम है। स्टॉक को कितना बड़ा होना चाहिए?

कहें कि मैं एक टिप्पी १२२ बढ़ा रहा हूँ। सबसे बुरी स्थिति यह है कि इसके लिए 3 ए पर 24 वी ड्रॉप और 50% शुल्क चक्र है। इसलिए यह 36W का प्रसार कर रहा है।

डेटाशीट को देखते हुए, 35W पर, अधिकतम केस टेम्प ~ 80C है। एक 25deg परिवेश तापमान मान लें।

अस्थायी ड्रॉप = 35W * Tr = 55 डेल्टा या 1.57C / W प्लेट के लिए।

तो मुझे इसे प्राप्त करने के लिए कितने सतह क्षेत्र की आवश्यकता है?

क्या मैंने सही तरीके से अप्रोच किया?


क्या आपको मजबूरन हवा मिली है? इसके बिना, यह केवल एक सीमित बाहर निकालना के साथ संभव है, जब तक कि आप पैरों में आयामों के साथ एक गर्म प्लेट नहीं चाहते हैं।
केविन वर्मी

जवाबों:


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आप एक फ्लैट प्लेट के लिए कुछ संख्याओं को चलाने के लिए इस कैलकुलेटर का उपयोग कर सकते हैं (आपके डिजाइन में पंख होना चाहिए)। सावधान रहें कि आपके पास सीमित संख्या में प्रयास हैं, और इसके लिए एक वायु वेग पैरामीटर की आवश्यकता है। व्युत्पन्न घटता से अपने वांछित मामले के तापमान में प्लग करें, जिसे मैं बाद में आगे जाऊंगा।

क्या आप TIP122 के साथ फंस गए हैं? TO-220 पैकेज के बारे में कैसे? TIP122 और TO-220 दोनों केवल मध्यम बिजली अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। इस प्रकार का अनुप्रयोग उच्च शक्ति ट्रांजिस्टर द्वारा बेहतर होगा और एक धातु पैकेज कर सकता है।

एक उच्च शक्ति, मध्यम शक्ति या छोटे-संकेत ट्रांजिस्टर के बीच का अंतर न केवल उनके पैकेज में है-यह डिवाइस के निर्माण में भी है। [TIP122 डेटाशीट के लिए अधिकतम रेटिंग टेबल] यह दर्शाता है कि इसमें अधिकतम 25 ° C हवा में 2W की अधिकतम शक्ति विघटन Pc है, या Tc = 25 ° C के साथ 65W है। दूसरी स्टेटमेंट मानती है कि आपके पास एक अनंत हीट सिंक हो सकता है, जो टैब के लिए अंतिम हीट सिंक कंपाउंड से जुड़ा हुआ है (तकनीकी रूप से मामला है, लेकिन टैब -२२० पर टैब का सभी मायने रखता है), जैसे कि हीट सिंक टैब २५ पर है डिग्री सेल्सियस। उस मामले में भी, ट्रांजिस्टर जंक्शन, जिसके बारे में आप चिंतित हैं, वह 150 ° C से अधिक हो जाएगा। जंक्शन और टैब के बीच थर्मल प्रतिरोध है। (सिडेनोट: मैं jluciani से सहमत हूँ - मुझे मेरा सिलिकॉन 125 ° C या कूलर पसंद है)। (सिडेनोट 2: बीजेटी पर धातु का हीट आमतौर पर कलेक्टर से जुड़ा होता है, इसलिए आपके पास 3 ए स्रोत होगा जो केस से जुड़ा होगा, एमिटर / ग्राउंड से अधिक वोल्टेज पर, और यह नहीं चाहेगा कि यह कहीं छोटा हो। बाहर।)

व्युत्पन्न घटता (TIP122 डेटाशीट में चित्रा 5) पर एक नज़र डालें:
TIP122 व्युत्पन्न वक्र
यदि आपको 72W को अलग करने की आवश्यकता है, तो आप बस ऐसा नहीं कर सकते। यदि आपको 36W की आवश्यकता है, तो आपको परिवेश (25 ° C) के ऊपर अपनी गर्मी सिंक को 50 ° C से कम रखना होगा। यह 50 डिग्री तापमान ढाल है जो आपको बिजली अपव्यय देता है)। उस वक्र की तुलना MJ11022 [डेटाशीट] जैसे उच्च-शक्ति ट्रांजिस्टर से करें :
MJ11022 व्युत्पन्न वक्र

ट्रांजिस्टर के क्षतिग्रस्त होने से बहुत पहले आपका हीटसिंक अब जलने का खतरा हो सकता है। 72W परिवेश के ऊपर लगभग 100 ° C और 36W से लगभग 150 ° C के पूर्ण ऑपरेटिंग तापमान से मेल खाती है। यदि आप इसे वास्तव में गर्म चलाना चाहते हैं तो थर्मल साइकलिंग से सावधान रहें।

मैं दृढ़ता से सुझाव दूंगा कि आप अपने TIP122 के बजाय एक उच्च-शक्ति TO-3 या TO-204 ट्रांजिस्टर का उपयोग करें।


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मैं यह बताना चाहता हूं, जबकि मेरा जवाब यकीनन समस्या का बेहतर समाधान है , jluciani का जवाब, जो रुपये की गणना करता है (थर्मल प्रतिरोध, सिंक-टू-एंबिएंट) 1.05, और एक स्रोत से लिंक करता है, जो डूबे हुए सिंक की आपूर्ति करता है। विभिन्न थर्मल प्रतिरोधों के साथ, यकीनन सवाल का
केविन वर्मेयर

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आपको शायद बहुत बड़ी प्लेट या चलती हवा की उचित मात्रा की आवश्यकता होगी ।

TIP122 का ऑन-टाइम क्या है? यदि ऑन-टाइम 100mS से अधिक है तो आप 72W को 36W नहीं कर रहे हैं। आपको व्युत्पन्न निर्धारित करने के लिए क्षणिक थर्मल प्रतिक्रिया घटता को देखने की जरूरत है।

आपको ट्रांजिस्टर के मामले और सिंक (या प्लेट) के बीच इंटरफेस के लिए कुछ थर्मल प्रतिरोध की अनुमति देने की आवश्यकता है।

यह मानते हुए कि आपका ऑन-टाइम 1mS से कम है, आप 36W का प्रसार कर रहे हैं। ऑन-सेमी डेटाशीट को देखते हुए -

Rjc = 1.92 degC / W अधिकतम। निरपेक्ष अधिकतम जंक्शन तापमान = 150 डिग्री सेल्सियस (मैं 125 डिग्री से अधिक नहीं होगा)

टी = (आरजेसी + आरसीएस + रु) * पीडी

125 = (1.92 + 0.5 + रु) * 36

Rsa = 1.05degC / W (जब आप Rcs घटाते हैं तो आपकी गणना से सहमत होते हैं)

यदि आप heatsink वेंडर्स डेटाशीट पर एक नज़र डालते हैं तो आप आकारों का अंदाजा लगा सकते हैं। चेकआउट http://www.aavidthermalloy.com/


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गतिशील वातावरण (यानी पल्स करंट) में Rθjc या R inja के बिजली अपव्यय या परिवर्तनों की गणना करने के लिए, यह इतनी सीधी प्रक्रिया नहीं है। आपको निर्माता द्वारा प्रदान किए गए तथाकथित "विशिष्ट थर्मल प्रतिक्रिया" वक्र को देखना होगा। इस वक्र से आप "क्षणिक थर्मल प्रतिरोध" (सामान्यीकृत या वास्तविक get) प्राप्त कर सकते हैं। वैसे भी मैं अभी विस्तृत गणना नहीं कर सकता। मोटे तौर पर, 35oC के वातावरण में, यदि आप एक TO-3 मामले से 35W को अलग करना चाहते हैं और प्राकृतिक शीतलन का उपयोग करते हुए लगभग 55oC पर हीट सिंक तापमान बनाए रखना चाहते हैं, तो आपको 16 सेमी (यानी) के साथ एक ग्रे एल्यूमीनियम प्लेट, 3 मिमी मोटी की आवश्यकता होगी 210 जीआर)। यह प्लेट ऊर्ध्वाधर व्यवस्था में दोनों तरफ से विकीर्ण होने के लिए स्वतंत्र होनी चाहिए, प्लेट के केंद्र पर दिव्य तंग घुड़सवार के साथ। दो धातुओं के संपर्क में होने वाले थर्मल नुकसान को अपनी गणना में शामिल करना न भूलें। अभ्यास में 35W यह अधिकतम शक्ति के करीब है कि आप धातु की प्लेटों और प्राकृतिक शीतलन (यानी अल धातु प्लेट 400 सेमी 2, 5 मिमी मोटाई, 0,5Kg, ऊर्ध्वाधर व्यवस्था में एक तरफ मुक्त, या 50W दोनों पक्षों) का उपयोग करके विघटित कर सकते हैं। इस शक्तियों के ऊपर, आपको फिनिश्ड हीट (प्राकृतिक या मजबूर) का उपयोग करना होगा, जिसकी गणना करना और निर्माण करना मुश्किल नहीं है

थर्मल डिजाइन के लिए यह मेरा तरीका है। थर्मल प्रतिरोध अवधारणा को कभी न समझें। यह मान्यताओं से भरा है !! वैसे भी यदि आप थर्मल प्रतिरोध का उपयोग करके अपनी गणना को आगे बढ़ाना चाहते हैं, तो वास्तविक मामले के तापमान को पूर्ण या आधा भार पर समय के कार्य के रूप में मापना आवश्यक है।

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मुझे पता है कि यह एक पुराना धागा है, लेकिन मैंने इस विषय पर शोध किया और कुछ चीजों को सुधारना / जोड़ना चाहा। जलुसी द्वारा दी गई हीट सिंक के आवश्यक तापीय प्रतिरोध को खोजने का सूत्र मूल रूप से सही है, लेकिन परिवेश के तापमान (टा) के लिए एक शब्द याद आ रहा है। समीकरण होना चाहिए:

Tj = (Rjc + Rcs + Rsa) * Pd + Ta

जहां Tj जंक्शन का अधिकतम लक्ष्य तापमान है। जंक्शन के अधिकतम तापमान को 25 डिग्री सेल्सियस से अधिक होने की स्थिति में सुरक्षा मार्जिन की अनुमति देने के लिए मैं 125 degC का उपयोग जंक्शन के अधिकतम तापमान के रूप में करूंगा। यह देता है:

125 = (1.92 + 0.5 + रुपये) * 36 +25

Rsa = (125-25) / 36 - 1.92 - 0.5 = 0.3577 degC / W

इस कम तापीय प्रतिरोध को प्राप्त करने के लिए आवश्यक एल्यूमीनियम प्लेट के आकार को खोजने के लिए अगला भाग अधिक जटिल है, लेकिन यह ब्लॉग https://engineerdog.com/2014/09/09/free-resource-heat-sink-design -सुधार-आसान-के-साथ-एक समीकरण / अंगूठे का एक बहुत ही सरल नियम देता है:

क्षेत्र = (50 / रु।) ^ 2 सेमी 2

दुर्भाग्य से यह सूत्र पंखों के साथ निष्क्रिय ताप सिंक पर लागू होता है और मेरा मानना ​​है कि लेखक ने एक टाइपो बनाया है और इसका मतलब क्षेत्र = 50 × (1 / रु) ^ 2 है। फ़ाइनल में एक बड़ा बदलाव आता है। इस ऑनलाइन कैलकुलेटर के परिणामों को देखने के बाद https://www.heatsinkcalculator.com/free-resources/flat-plate-heat-sink-calculator.html और निष्क्रिय ताप निर्माताओं की एक श्रृंखला से डेटा शीट मैंने थोड़ा सा किया कर्व फिटिंग और इस अधिक व्यापक बॉल पार्क फॉर्मूले के साथ आया:

क्षेत्र = (20 * 1 / (1 + प्रवाह) * 1 / (0.25 + h) * 1 / Rs) ^ 2 cm2

जहां प्रवाह cfm में शीतलन प्रशंसक से कोई प्रवाह है और h किसी भी पंख की ऊंचाई है।

ओपी में स्थिति के लिए कोई मजबूर शीतलन प्रवाह नहीं है = 0 और कोई पंख नहीं हैं, इसलिए h = 0 और सूत्र निम्नलिखित हैं:

क्षेत्र = (80 / रु।) ^ 2

यह देखते हुए कि हमें एक थर्मल प्रतिरोध की आवश्यकता है <= 0.3577 ओपी में ट्रांजिस्टर को ठंडा करने के लिए आवश्यक प्लेट का आकार है:

क्षेत्र = (80 / 0.3577) ^ 2

      = (223.6 cm)^2

यह शायद व्यावहारिक होने के लिए बहुत बड़ा है।

जैसा कि केविन वर्मर ने बताया, इस सेवा में यह विशेष ट्रांजिस्टर निष्क्रिय शीतलन के लिए वास्तव में उपयुक्त नहीं है। हालाँकि, हीट सिंक साइज़ में नाटकीय रूप से कमी को पंख और काफी मामूली कूलिंग फैन के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है जैसा कि इस लिंक के नीचे दिए गए चार्ट https://www.designworldonline.com/how-to-select-a पर दिखाया गया है -Suitable-गर्मी सिंक / # _

एक फ्लैट प्लेट के साथ रहना और 100cfm हवा के प्रवाह का एक काफी अच्छा पीसी शीतलन प्रशंसक जोड़ना, प्लेट का आकार कम किया जा सकता है:

क्षेत्र = (80 / (0.3577 * (1 + 100/8))) 2

      =(16.56 cm)^2

एक्सट्रूडेड एल्युमीनियम को फिन्स के साथ लंबी स्ट्रिप्स में खरीदा जा सकता है और इस तरह की प्लेट को 3 सेमी फिन के साथ इस्तेमाल किया जा सकता है और किसी भी कूलिंग फैन को हीटसिंक के आकार की आवश्यकता नहीं होगी:

क्षेत्र = (20 * 1 / (0.25 + 3) * 1 / 0.3577) ^ 2

      =(17.2 cm)^2

अंत में, 100cfm और 3 सेमी पंख के मजबूर कूलिंग का संयोजन देता है:

क्षेत्र = (17.2 / (1 + 100/8)) ^ 2

     =(1.27 cm)^2

टिप्पणियाँ:

कैबिनेट में दबाव की बूंदें और अन्य गर्म घटकों की निकटता दक्षता को कम कर सकती है।

डस्ट इंग्रेस हीट सिंक को इंसुलेट कर सकती है और कूलिंग फैन्स को धीमा कर सकती है और समय के साथ असफल हो सकती है।

हीट सिंक जो कि घटक के संपर्क क्षेत्र की तुलना में बहुत अधिक बड़े होते हैं, वे गर्मी दक्षता को ठंडा करने की दूरी तक फैलने के लिए यात्रा की दूरी के कारण ढीली दक्षता को ठंडा कर रहे हैं।

संपर्क सतहों के बीच एक उपयुक्त गर्मी हस्तांतरण यौगिक की एक पतली परत का उपयोग करके ठंडा होने के लिए घटक के साथ अच्छे संपर्क को सुनिश्चित करने पर सामान्य दिशानिर्देशों का पालन करें।

अत्यंत छोटे या बड़े ताप सिंक के लिए इस सूत्र के परिणाम को संदेह के साथ माना जाना चाहिए। उदाहरण के लिए अंतिम परिणाम में शीतलन प्रशंसक त्रिज्या गर्मी सिंक की तुलना में बहुत बड़ा है और इसलिए अधिकांश एयरफ्लो पंखों के करीब निकटता में बह नहीं रहे हैं और इसलिए परिणाम संदिग्ध है। अन्यथा, यह एक बहुत अच्छा सन्निकटन है।

जो भी आपको लगता है कि परिवेशी वायु का तापमान 25 डिग्री है, को जोड़ने के लिए सबसे अच्छा संभव है, गणना करते समय घटक के अधिकतम लक्ष्य तापमान से सुरक्षा का 25 डिग्री मार्जिन घटाएं, बस सुरक्षित पक्ष पर होना चाहिए।

परमाणु ऊर्जा स्टेशन के लिए शीतलन डिजाइन करने के लिए इस सूत्र का उपयोग न करें।


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Http://www.heatsinkcalculator.com/blog/how-to-design-a-flat-plate-heat-sink/ पर एक महान ब्लॉग लेख है जो एक सपाट प्लेट को आकार देने के लिए आवश्यक गणनाओं का विस्तृत विवरण प्रदान करता है। गर्मी सिंक के रूप में इस्तेमाल किया जाएगा। वे गणना के साथ स्प्रेडशीट भी प्रदान करते हैं, हालांकि आपको डाउनलोड लिंक प्राप्त करने के लिए अपना ईमेल पता प्रदान करना होगा।


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एडम हन
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