Почему греется транзистор: Почему сильно греется транзистор — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Почему греется транзистор во время нагрева эструдера или стола ?

shpioner
Загрузка

03.02.2020

1104

Вопросы и ответы

Принтер начал останавливать печать на первой минуте. Я заметил что греется транзистор на рампсе(можно яйца жарить) и монитор тускнеет. Вся эта беда происходит при нагреве эструдера или стола.

Ответы на вопросы

Почему греется электроника и как работают разные методы охлаждения — i2HARD

Практически все электронные элементы имеют свойство нагреваться, неважно – ощутимо или нет.

И если эти процессы не контролировать надлежащим образом, то перегревшиеся элементы либо сгорят, либо серьёзно ограничат возможности компьютера.

Большинство пользователей, конечно же, прежде всего подумают об охлаждении процессора и видеокарты, но почему оперативная память обходится без кулеров? Почему такой большой разрыв в производительности между мобильными и немобильными процессорами, ведь у них даже размер кристаллов не сильно отличается по размеру? Почему недавний скачок производительности, обусловленный появлением новых поколений чипов, начал замедляться?

Ответ на все эти вопросы кроется в физике процессов на наноуровне и температурах при них. В этой статье будут рассмотрены основы науки о тепле, как и почему нагреваются элементы электроники, а также различные методы теплоконтроля, которыми мы сегодня располагаем.

Основы тепловыделения

Из курса школьной физики мы помним, что тепло – это попросту результат хаотично двигающихся атомов и молекул, из которых наш мир состоит. Если одна молекула имеет более высокую кинетическую энергию, чем другая, тогда мы говорим, что она горячее. Это тепло может контактно передаваться от одного объекта к другому, пока температуры обоих объектов не сравняются. То есть, более горячий объект передаст часть своего тепла более холодному, а конечным результатом будет усредненная температура.

Время, необходимое для передачи тепла, зависит от теплопроводности двух материалов. Теплопроводность является количественной характеристикой способности материала проводить тепло. Изолятор, такой как пенополистирол, имеет относительно низкую теплопроводность, равную 0.03 Вт/м*К, в то время как проводник, например медь, имеет высокую теплопроводность, равную 400 Вт/м*К. Минимальная теплопроводность – у абсолютного вакуума (нулевая), а максимальная известная теплопроводность – у алмаза (свыше 2000 Вт/м*К).

Теплые объекты всегда охлаждаются, но следует помнить, что понятия «холод» не существует. Мы лишь называем вещи «холодными», если их температура ниже температуры среды.

Другим важным определением, которое нам понадобится, является термальная масса, которая представляет собой тепловую инерцию объекта по отношению к колебаниям температуры. Одна и та же печь обогреет одну комнату в доме намного быстрее, чем весь дом. Это потому, что термальная масса комнаты намного меньше термальной массы всего дома.

Наглядно продемонстрировать всё это можно на простом примере с кипящей водой. Пламя горелки вступает в контакт с кастрюлей. Поскольку материал, из которого изготовлена кастрюля, обладает хорошей теплопроводностью, тепло от огня будет передаваться воде до тех пор, пока она не закипит.

Время, необходимое для закипания, зависит от способа нагрева, материала кастрюли и количества воды. Если вы попытаетесь вскипятить эту кастрюлю не на печи, а с помощью зажигалки, то ждать вам придётся приблизительно вечность. Это потому, что у печи гораздо более высокая тепловая мощность, чем у маленькой зажигалки. Далее, ваша вода закипит быстрее, если кастрюля будет иметь высокую теплопроводность, потому что нужно передать воде как можно больше тепла. Если вы достаточно богаты, рассмотрите вариант покупки алмазной кастрюли. И наконец, мы знаем, что маленькая кастрюлька воды закипит быстрее, чем большая. Это потому, что в маленькой кастрюльке меньше нагреваемой термальной массы.

Вскипятив воду, вы можете позволить ей естественным образом остыть, прекратив нагрев. Остывание происходит из-за того, что тепло от воды рассеивается в более холодном воздухе кухни. И поскольку термальная масса кухни значительно больше, чем у кастрюли, температура воздуха кухни не сильно изменится.

Откуда берется тепло

Теперь, когда мы знаем, как ведёт себя тепло и как оно перемещается от объекта к объекту, давайте поговорим о том, откуда оно берётся. Вся цифровая электроника состоит из миллионов и миллиардов транзисторов. Подробно о том, как они работают, можно узнать из третьей части цикла, посвященного разработке процессоров.

По сути, транзисторы представляют собой переключатели с электрическим управлением, которые включаются и выключаются миллиарды раз в секунду. Комбинируя и группируя их, мы можем формировать структуры компьютерного чипа.

Транзисторы при работе накапливают энергию от трех источников, известных как переключение, короткое замыкание и токи утечки. Переключение и замыкание – динамические источники тепла, поскольку они зависят от включений-выключений транзисторов. Энергия токов утечки известна как статическая, поскольку она постоянна и работа транзисторов на нее не влияет.

Логический гейт НЕ, построенный на двух транзисторах. Транзистор nMOS (внизу) пропускает ток во включенном состоянии, а pMOS (вверху) – в выключенном.

Начнем с энергии переключения. Чтобы включить или выключить транзистор, нужно подать на его затвор либо отрицательный потенциал, «землю» (логический 0), либо положительный, Vdd (логическая 1). Это посложнее, чем просто щелкнуть выключателем, поскольку этот затвор имеет очень малую емкость. Представьте себе крошечный аккумулятор. Чтобы активировать затвор, нам нужно зарядить батарею на определенный пороговый уровень. Как только нужно будет снова закрыть затвор, нам нужно мгновенно сбросить весь заряд на «землю». В современных чипах таких микроскопических затворов миллиарды, и каждый переключается миллиарды раз в секунду.

При каждом сбросе заряда на «землю», выделяется небольшое количество тепла. Чтобы вычислить мощность переключения, мы перемножаем коэффициент активности (среднее количество переключающихся транзисторов в цикле), частоту, емкость затвора и квадрат напряжения.

Теперь рассмотрим мощность короткого замыкания. Современная цифровая электроника строится на технологии, известной как «комплементарная структура металл-оксид-

полупроводник» (CMOS, Complementary Metal Oxide Semiconductors). Транзисторы устроены таким образом, что никогда не бывает прямого пути для тока к «земле». В приведенном выше примере гейта НЕ используется два комплементарных транзистора. Всякий раз, когда верхний включен – нижний выключен, и наоборот. Это гарантирует, что выходной сигнал равен 0 или 1, и является обратным входному. Транзисторы переключаются очень быстро, но как бы быстро ни переключались, они неизбежно встречаются в средней точке между своими состояниями, на мгновение обеспечивая прямой доступ тока к «земле». Мы можем сколь угодно уменьшать это мгновение, делая транзисторы быстрее и быстрее, но полностью избавиться от него физически невозможно.

Увеличение рабочей частоты микросхемы обусловлено большей скоростью переключения транзисторов, и соответственно – бо́льшим количеством мгновенных микрозамыканий, что и усиливает нагрев чипа. Чтобы найти мощность короткого замыкания, мы перемножаем ток короткого замыкания, рабочее напряжение и частоту переключения.

Оба этих источника тепла – динамическая энергия. Если мы хотим её уменьшить, достаточно просто понизить частоту чипа. Практичным это решение не назвать, так как может пострадать производительность чипа. Другой вариант – уменьшить его рабочее напряжение. Если раньше чипам требовалось от 5 В и выше, то современные процессоры работают на напряжении около 1 В. Создавая энергоэффективные транзисторы, мы можем уменьшить тепловыделение, вызванное динамическими источниками тепла. Динамическая тепловая мощность также является причиной нагрева процессоров при разгоне, ведь разгон подразумевает увеличение частоты, а зачастую также и напряжения – чем они выше, тем больше выделяет тепла каждый такт.

И последний тип тепла, рождаемый цифровой электроникой – это мощность токов утечки. Мы привыкли думать, что транзисторы либо полностью включены, либо выключены, но в действительности это не совсем так. Всегда будет какое-то небольшое количество тока, который протекает, даже когда транзистор выключен. Там очень сложная формула, учитывающая в том числе и размеры: всё бо́льшая миниатюризация транзисторов приводит только к ухудшению этого эффекта.

Становясь всё меньше и меньше, транзистор довольствуется всё меньшим и меньшим изолятором, блокирующим поток электронов при выключении транзистора. Это один из основных факторов, ограничивающих производительность чипов нового поколения, поскольку мощность токов утечки продолжает расти с каждым поколением. Законы физики загнали нас в угол, и из него нам уже не сбежать.

Как не допустить перегрева чипов

Итак, мы выяснили, из-за чего греются полупроводники, но можно ли с этим что-то сделать? Если эту проблему не решить, то транзисторы перегреются и выйдут из строя. В процессорах встроена функция термической защиты процессора – Thermal throttling, она срабатывает в случае, если не обеспечено достаточного охлаждения. Установленные в чипе термодатчики следят за температурой кристалла, и если она повышается выше допущенной, процессор автоматически понижает свою рабочую частоту, снижая уровень тепловыделения. Но такое купирование производительности в восторг никого не приведёт, и есть множество лучших способов справиться с нежелательным нагревом в компьютерной системе.

Многие микросхемы вовсе не нуждаются ни в каких заморочках с охлаждением. На материнской плате вы найдёте десятки таких маленьких чипов без радиаторов. Почему они не плавятся?

Прежде всего потому, что просто не нагреваются до такой степени. Большие мощные CPU и GPU могут расходовать сотни ватт энергии, в то время как небольшая микросхема сетевого адаптера или аудиоконтроллера довольствуется долей ватта. В этом случае чипу хватит собственного корпуса, чтобы отвести на него тепло. Задуматься о каком-то дополнительном охлаждении чипа стоит только, если его мощность превышает 1 Вт.

Обзор и тестирование процессора Intel Core i7-8700K: 5 ГГц на 12 потоках?

Суть проблемы в том, чтобы снизить термосопротивление между проводниками до минимума. Необходимо создать кратчайший беспрепятственный путь теплу от кристалла до воздуха. Именно поэтому CPU и GPU оснащаются металлической поверхностью сверху – встроенным теплоотводом (IHS, Integrated Heat Spreader). Сам чип внутри, как таковой, намного меньше своего корпуса, но чем больше площадь IHS, тем эффективней можно распределить и отвести тепло. Важно также использовать хорошее термосоединение между IHS чипа и кулером, без него тепло не сможет беспрепятственно перетекать на радиатор.

Существуют два основных режима охлаждения: пассивный и активный. Пассивное охлаждение – это простой радиатор, прикрепленный к чипу, который охлаждается потоком окружающего воздуха. Чем выше теплопроводность материала радиатора и чем больше площадь его поверхности, тем эффективней тепло будет отводиться от чипа и рассеиваться в окружающем воздухе.

Регуляторы напряжения и микросхемы памяти обычно обходятся без охлаждения, поскольку сильно не нагреваются. Процессоры смартфонов как правило оснащаются пассивным охлаждением, так как они рассчитаны на очень низкое энергопотребление. Чем выше производительность чипа, тем больше тепловой энергии он будет выделять и тем больший радиатор ему потребуется. Вот почему процессоры смартфонов слабее процессоров настольных компьютеров – кулеры и радиаторы невозможно миниатюризировать.

Тепловой снимок процессора смартфона с пассивной системой охлаждения: охлаждающая жидкость (Liquid line), испаритель (Evaporator), пароотвод (Vapor line), теплорассеивающая поверхность (Thermal diffusion plate).

Когда речь заходит о десятках ватт, задействуется активное охлаждение. Активно нагнетая потоки холодного воздуха в ореберье радиатора (обычно с помощью вентилятора), система справляется с несколькими сотнями ватт. Чтобы обеспечить такое мощное охлаждение, необходимо, чтобы тепло от чипа равномерно распространилось по всей поверхности радиатора. Мало толку в огромном радиаторе, если нет возможности доставить к нему тепло.

Здесь на помощь приходят тепловые трубки и жидкостное охлаждение. Они выполняют одну и ту же задачу – передать максимально возможное количества тепла от чипа к теплоотводу или радиатору. В случае с жидкостным охлаждением, тепло передается от чипа к водоблоку через термосоединение с высокой теплопроводностью. Как правило, водоблок изготавливается из меди или другого материала с высокой теплопроводностью. Нагревшаяся жидкость переносит тепло к радиатору, который рассеивает его. Тепловые трубки типичны для небольших систем, таких как ноутбуки, где невозможно реализовать полностью жидкостное охлаждение. Тепловая трубка на порядок-два эффективней отводит тепло от чипа, чем обычная медная трубка.

Тепловая трубка очень похожа на жидкостное охлаждение, но её отличает наличие фазового перехода для улучшения теплопередачи. Внутри тепловых трубок находится жидкость, которая при нагревании превращается в пар. Пар проходит по тепловой трубке, пока не достигнет холодного конца, и не конденсируется обратно в жидкость. Жидкость возвращается в горячий конец под действием силы тяжести или капиллярного эффекта. Такое испарительное охлаждение знакомо нам по эффекту, когда вы чувствуете холод при выходе из воды. Во всех этих случаях жидкость поглощает тепло в процессе превращения в пар, а затем пар отдаёт тепло в процессе конденсации.

Цикл работы тепловой трубки:

Рабочая жидкость испаряется, поглощая тепловую энергию.
Пар устремляется к холодному концу трубки по полости (Vapour cavity).
Там пар конденсируется обратно в жидкость, впитываемую тампоном (Wick), а тепловая энергия передаётся корпусу (Casing).
Рабочая жидкость возвращается обратно к концу с более высокой температурой.

Теперь, когда мы передали тепло от чипа к тепловой трубке или жидкости, как мы рассеем его в воздухе? С помощью рёбер радиатора. Трубка с водой или тепловая трубка и сами отдают часть тепла в окружающий воздух, но этого недостаточно. Чтобы действительно охладить теплопроводник, необходимо увеличить площадь поверхности охлаждения.

Теплоотвод или тонкие ребра радиатора распределяют тепло по большой площади поверхности, что позволяет вентилятору эффективно отводить его. Чем тоньше ребра, тем бо́льшую площадь поверхности можно создать в пределах заданных размеров. Но чересчур тонкие рёбра не смогут обеспечить достаточного контакта с тепловой трубкой, чтобы отвести от неё тепло. Необходимо грамотно сбалансировать эти параметры. Известны случаи, когда большой кулер работает хуже меньшего по размерам, но более оптимизированного кулера. Некто Стив из Gamers Nexus составил отличную схему, демонстрирующую принцип работы типичного радиатора.

Анатомия радиатора (Gamers Nexus)

Condenser – Конденсатор.
Capillary action in pipe – Капиллярный эффект в трубке.
Intake action cools fins – Внешняя среда охлаждает рёбра.
Heat exhausts – Рассеивание тепла.
Heat dissipates into fins from pipe – Тепло отводится на ребра от трубок.
Liquid turns to gas at heat source – Жидкость переходит в газообразное состояние в контакте с источником тепла.
Heatpipes directly contact CPU surface – Тепловые трубки непосредственно контактируют с поверхностью процессора.
Evaporator – Испаритель.

Как сделать еще холоднее

Способы охлаждения, о которых мы рассказали, основаны на простой передаче тепла от чипа в воздух. То есть, чип никогда не будет холоднее температуры воздуха в помещении, где он находится. Но если нам нужно что-то охладить до температуры ниже окружающей среды или если у нас слишком много источников тепла (например, дата-центр), то нам понадобятся дополнительные знания. Речь пойдёт о холодильных системах (чиллерах) и термоэлектрических кулерах.

Термоэлектрическое охлаждение, также известное как эффект Пельтье, в настоящее время не очень популярно, но потенциально может быть очень полезным. Эти устройства передают тепло от одной стороны охлаждающей пластины к другой с помощью электричества. В них используется специальный термоэлектрический материал, создающий разность температур под воздействием электрического потенциала. Когда постоянный ток протекает через одну сторону устройства, тепло передается на другую сторону. Это и позволяет «холодной» стороне опуститься ниже температуры окружающей среды. В настоящее время эти устройства очень нишевые, поскольку весьма энергозатратны, но тем не менее, инженеры продолжают работать над созданием более эффективных и экономичных моделей таких устройств для общего рынка.

Подобно тому, как с помощью переходов между состояниями вещества передаётся тепло, изменение давления жидкости также может использоваться для теплопередачи. Так работают холодильники, кондиционеры и большинство других климатических систем.

Специальный хладагент течет через замкнутый контур, в котором он начинается в виде пара, затем сжимается, конденсируется в жидкость, снова расширяется и испаряется обратно в пар. Этот цикл повторяется, обеспечивая теплопередачу. Компрессор требует энергии, но такая система также позволяет получить температуру ниже окружающей среды. Вот так дата-центры и здания остаются прохладными даже в самый жаркий летний день.

Схема стандартной одноступенчатой парокомпрессорной холодильной установки. Конденсатор может быть как жидкостный, так и воздушный. На схеме: компрессор (Compressor), конденсатор (Condenser), испаритель (Evaporator), регулирующий клапан (Expansion Valve), вентилятор (Fan), пар (Vapor), жидкость (Liquid), теплый воздух (Warm air), холодный воздух (Cold air).

Такого рода системы охлаждения – как правило, вторичные в отношении электроники. Вы сначала отводите тепло от чипа в комнату, а затем из комнаты наружу через парокомпрессионную систему. Конечно, есть гики, помешанные на разгонах и производительности, которые к своим процессорам подключают всякие холодильные системы. Экстренно охладить электронику им помогает также жидкий азот и сухой лед.

Заключение

Итак, электроника нуждается в охлаждении, и охлаждение бывает разных видов. Задача состоит в том, чтобы отвести тепло от микросхемы или какой-либо системы в более прохладную среду. Насамом деле невозможно избавиться от тепла, поэтому все, что мы можем сделать, это переместить его куда-нибудь, чтобы оно перестало быть проблемой.

Вся цифровая электроника выделяет тепло благодаря природе работы транзисторов. Если не избавлять их от этого тепла, полупроводник сгорит и весь чип может выйти из строя. Тепло – враг всех разработчиков электроники и является одним из ключевых факторов, сдерживающих рост производительности. Мы не можем делать процессоры сколь угодно большими, потому что нет хорошего способа охладить что-то такое мощное. Вы просто не сможете избавить их от выделяемой ими тепловой энергии.

Надеюсь, теперь вы стали лучше разбираться в этой науке, которая заботится о температуре вашей электроники

Почему греются компоненты компьютера и зачем их нужно охлаждать | Технологии | Блог

То, что компьютерные комплектующие греются во время работы, знают все, но почему именно — это для многих покрыто тайной. А ведь процессор размером меньше пластиковой карты может разогреваться не хуже сковородки на огне. Откуда же берется столько тепла?

Строительный кирпичик микроэлектроники

В основе практически всей схемотехники лежит фундаментальное изобретение — транзистор. Что же это за элемент? Для лучшего понимания проведем аналогию с окружающим миром. Все живое и неживое состоит из атомов. Это своеобразные кирпичики, из которых природа построила окружающий мир. Атомы объединяются в сложные молекулы, они в свою очередь формируют клетки. Далее идут ткани, органы и организмы.

Аналогичную параллель можно провести и в схемотехнике, только вместо атомов здесь транзисторы. Из них были созданы логические элементы (AND, OR, NOT и другие), с помощью которых люди научились оперировать «1» и «0». На базе логических элементов появились более сложные устройства — регистры, мультиплексоры, дешифраторы, АЛУ (арифметико-логическое устройство) и так далее. Следующим усложнением стали интегральные схемы (МИС — малые, СИС — средние, БИС — большие и СБИС — сверхбольшие).

Почему мы затрагиваем именно транзисторы? Вот вам интересный факт: в процессорах Ryzen Threadripper 3960X и 3970X «упакованы» целых 3,8 миллиарда транзисторов. Согласно данным с презентации Nvidia в новой GeForce RTX 3090 кристалл включает 28 миллиардов транзисторов!

Теперь представьте, что каждый из них выделяет небольшое количество тепла. В масштабах одного элемента это мизерное значение, но когда дело доходит до миллиардов, мы получаем температуры в 100 и больше градусов.

Ранее, когда число транзисторов не превышало миллиона, тепловыделение не было проблемой. Именно поэтому старые процессоры (Intel 8008, Intel 386) и видеокарты даже не комплектовались пассивным и, тем более, активным охлаждением. Однако в современных процессорах количество транзисторов неумолимо растет каждые 18 месяцев в два раза (если считать закон Мура действительным), поэтому от выделяющегося тепла никуда не деться. И его нужно отводить.

Как устроен транзистор

Транзисторы используются в микросхемах для управления электрическим током. Условно компонент можно сравнить со смесителем. Легким движением руки мы можем управлять напором воды и ее температурой. Аналогично и здесь: у транзистора есть три основных вывода: база, эмиттер и коллектор.

Для управления используется база, на которую подают небольшое напряжение и меняют выходные параметры на коллекторе. Насколько большими величинами можно управлять — все зависит от коэффициента усиления конкретного транзистора.

Если говорить о биполярных транзисторах, то в них используется три слоя проводника: PNP positive-negative-positive) или NPN (negative-positive-negative). Условно говоря, это два диода соединенные между собой конкретными сторонами.

Принцип работы транзистора достаточно простой. При подключении источника питания между коллектором и эмиттером электроны начинают скапливаться у коллектора. Однако ток не сможет идти, поскольку замыканию цепи мешает прослойка базы (обозначена красным на рисунке ниже).

При подключении небольшого напряжения между базой и эмиттером электроны начинают «насыщать» базу, и когда места не останется, оставшиеся электроны просачиваются к эмиттеру и цепь замыкается. Транзистор считается открытым.

Итог — изменениями небольшого тока база-эммитер можно усиливать и управлять током в коллектор-эммитер.

Естественно, работа в теории — это одно. На практике происходят вещи, которые и приводят к выделению тепла. Давайте рассмотрим их подробнее.

Переключения транзисторов

При работе затвор транзисторов открывается и закрывается миллиарды раз в секунду. Процесс напоминает зарядку очень маленького аккумулятора. Чтобы открыть затвор для протекания электронов, нужно зарядить этот мини-аккумулятор до определенной величины. Закрытие затвора выполняется путем «сброса» напряжения на землю.

Как раз в ходе этого сброса электрическая энергия превращается в тепловую. Естественно, чем больше переключений за единицу времени, тем горячее будет кристалл. Именно поэтому при разгоне с увеличением частоты до 6–8 ГГц оверклокеры используют жидкий азот. Транзисторы выделяют так много тепла от переключений, что другие способы их остудить просто неэффективны.

Мощность короткого замыкания

Большинство микросхем выполнены по технологии CMOS (К-МОП; комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник). Одна из особенностей этой технологии — ток никогда не попадает прямым путем на землю. Однако появляется другая проблема.

В логических элементах используются пары транзисторов, которые переключаются синхронно. Когда первый закрыт, второй открывается и наоборот. Это напоминает работу двухцветного светофора. Оба сигнала никогда не загораются одновременно и переключаются попарно.

Однако имеется небольшой промежуток времени в момент переключения обоих транзисторов. Именно в этот момент ток попадает на землю. Каким бы быстрым не было переключение, избавиться от переходного момента невозможно физически. Как и в предыдущем случае, количество тепловой энергии зависит от скорости переключения, но в данном варианте уже логических элементов.

Именно по этим причинам увеличение частоты процессора, видеокарты или ОЗУ приводит к наиболее ощутимому тепловыделению.

Ток утечки и ненулевое сопротивление сток-исток

Многие считают, что в выключенном состоянии техника не потребляет никакой мощности. Относительно транзисторов это не так, поскольку даже в выключенном состоянии небольшое количество тока будет протекать. Уменьшение размера транзисторов приводит к тому, что пропорционально уменьшается и изолятор, который не дает электронам двигаться.

Это одна из главных проблем микроэлектроники. Уже практически полностью освоен техпроцесс 5 нм, а компания TSMC, крупнейший производитель полупроводниковых изделий, планирует к 2021 запустить техпроцесс на 3 нм. Можно ли меньше — вопрос затруднительный, поскольку тогда в транзисторах становится все труднее управлять токами, следовательно, и обеспечить работу всей схемы.

Сюда же относится ненулевое сопротивление сток-исток. Проще говоря, у включенного транзистора также имеется небольшое тепловыделение. Как уже было сказано ранее, в масштабах нескольких миллиардов штук эти эффекты и дают температуры, с которыми вынуждены бороться пользователи.

Не стоит забывать и про небольшое сопротивление проводников, которые присутствуют на кристаллах. Они также вносят свой вклад в тепловыделение.

Зачем и как бороться с высокими температурами

Если не охлаждать транзисторы, то они просто выйдут из строя, перегорят. К счастью, спалить современные комплектующие проблематично. В процессорах предусмотрена соответствующая защита Thermal throttling, которая отключит чип при достижении определенной температуры. Видеокарты комплектуются 1–3 вентиляторами, поэтому нагреть их до критических значений будет непросто даже в стресс-тестах.

Еще один важный нюанс — высокие температуры неблагоприятно сказываются на сроке эксплуатации микроэлектроники. Однако каких-либо статистических данных об этом нет. На самом деле эффект ускоренного «старения» на фоне среднего срока службы процессора и видеокарты в 3–8 лет не оказывает ощутимого воздействия. Вы быстрее смените комплектующие на новые, чем они выйдут из строя по причине постоянной работы под высокими температурами.

Узнать о том, какая температура является нормальной для ваших комплектующих вы можете из нашего материала.

Как отводить тепло

Пассивное охлаждение. На чип устанавливается радиатор из материала с высокой теплопроводностью — алюминия или меди. Деталь рассеивает выделяемое тепло в окружающую среду. Плюс — бесшумность, но такое охлаждение не подходит для самых горячих комплектующих. Обычно радиаторы можно найти на чипсете и цепях питания материнских плат, а также планках ОЗУ. Однако выпускаются и «башни» для процессоров с невысоким TPD (выделяемая тепловая мощность).

Активное воздушное охлаждение. Совместно с радиаторами используется один или несколько вентиляторов, которые ускоряют рассеивание. Кулеры устанавливаются на большинство процессоров из среднего и топового сегмента, а также на видеокартах. Системы более эффективные по сравнению с предыдущими, но шумят и создают вибрации, а также требуют питания для вентиляторов.

Водяное охлаждение. В качестве теплоносителя используется специальная жидкость или вода, которая циркулирует по замкнутой системе. Для охлаждения самой жидкости используются все те же вентиляторы. Топовое охлаждение на рынке для самых горячих систем.

Экстремальное охлаждение. В эту категорию входят специальные башни, наполняемые жидким азотом или гелием. Используются только оверклокерами в экспериментах по разгону комплектующих. Жидкий азот имеет температуру в -195.8 градусов по Цельсию, поэтому отлично подходит для охлаждения при экстремальном разгоне.

Естественно, температуры зависят от компоновки комплектующих в системном блоке и числа вентиляторов, поэтому не стоит пытаться вместить высокопроизводительное железо в маленький «душный» корпус.

Сильно греется строчный транзистор

Мощные составные транзисторы BU808DFI весьма дороги, цена у некоторых жадных продавцов может доходить до 10 уе. И очень неприятно будет, если при ремонте телевизора, после замены неисправного Вы обнаруживаете, что он сильно нагревается. А раз сильно греется строчный транзистор, то это может привести к его повторному выходу из строя, что крайне нежелательно.

Греться строчный транзистор BU808DFI может по нескольким причинам:

У кого так не было, меняешь сгоревший строчный транзистор, телевизор включается, растр нормальный через минуту снова горит
строчный транзистор, и замерять ничего не успеваешь.

Выход из строя транзистора строчной развертки наверно наиболее часто встречающаяся неисправность в телевизорах. Строчная развертка основная нагрузка для блока питания и является по сути дополнительным БП, с которого снимается напряжение для кадровой развертки, видеоусилителей и т. д. Хорошо, когда ремонт заканчивается с заменой строчного транзистора, но иногда строчный транзистор после замены, сразу или немного спустя, снова выходит из строя.

И так если после замены строчного транзистора, сразу или через некоторое время он снова выходит из строя, необходимо обратить внимание на следующее:

Не завышено ли напряжение питания строчной развертки НОТ.
Греется ли перед выходом из строя транзистор или нет. Если транзистор греется, то это говорит о том, что нагрузка на него больше чем положено. В данном случае неисправны, могут быть как строчный трансформатор, так и цепи нагруженные на него. Необходимо проверить конденсатор по питанию задающего трансформатора (ТМС). В этом случае происходит изменение строчного импульса запуска. Транзистор строчной развертки будет перегреваться и закончится тепловым пробоем.
Если транзистор не греется, то причина кроется, чаще всего, в холодных пайках, в цепях, через которые поступают строчные импульсы на базу транзистора. Особенно необходимо обратить внимание на согласующий трансформатор драйвера строчной развертки, включенного в цепь транзистора выходного каскада строчной развертки. Плохой контакт разъема отклоняющей системы, так же может стать причиной того, что пробивает строчный транзистор, проверьте соединение проводов в самом разъеме. Короткое замыкание в отклоняющих катушках.
Брак транзистора.

Рассмотрим для примера несколько схем. Строчная развертка телевизора Erisson 21F7:

Проверить 2SC2482, C451, C453, T450, С455, С455А.
Строчная развертка телевизора POLAR 51CTV-4029

К проверке: C401, C403, VT401, T401, C402.

Как проверить строчный транзистор предварительно в схеме не выпаивая? Между базой и эмиттером мультиметр будет показывать короткое замыкание, так как сопротивление будет измеряться через трансформатор, переходы: Б-К и Э-К если они исправны, будут «звониться» в одну сторону. Но лучше проверять все таки выпаивая.

Проверить строчный трансформатор можно так, выпаиваем трансформатор и вместо него впаиваем две ножки трансформатора ТВС-110ПЦ15, девятую и двенадцатую. Включаем телевизор, и если на трансформаторе появилось высокое напряжение, а строчный транзистор перестал греться, то вероятно сгорел ТДКС (при условии что элементы обвязки исправны и будьте осторожны вывод на умножитель под напряжением 8,5 кВ).

Греться строчный транзистор BU808DFI может по нескольким причинам:

Допустимая рабочая температура мощного кремниевого транзистора, современные допуски?


	iLnur: АК, Вам надо палец тренировать! А что, Вам удалось удержать больше 2 секунд? Тут играет роль такой фактор, как влажность кожи, на момент проведения эксперимента, в комнате было жарко и влажность кожи была повышенной, хотя я не замечал чтобы у меня пальцы потели А еще толщина кожи. Как-то в магазине канцелярских приборов наблюдал картину, как молодая продавщица порезала палец о лист бумаги, только что вытянутый из стопки.
	АК: А что, Вам удалось удержать больше 2 секунд? Простите, я такие вещи измерять ещё не начал… Тут вообще много специалистов по нагреву тела Например тут уже предлагали «программный» способ контрацепции — запустить мощную программу на ноутбуке чтобы греть им между ног
	АК: порезала палец о лист бумаги Запросто, сам не один раз резал и довольно глубоко хотя не сказал бы что кожа тонкая. Если быстро провести краем офисной бумаги по пальцу прорезает как лезвие бритвы. А по теме: толщина материала конечно имеет значение и не только толщина, но и его размеры. Если радиатор из тонкого материала будет иметь большие размеры, то и его эффективность будет ниже т.к. края будут нагреваться значительно меньше и теплоотдача уменьшится по сравнению с таким же радиатором но из более толстого материала. Конечно при изменении толщины с 2 до 2.1 мм ничего не изменится, но ведь это только оценочный расчёт.
	Прочитал тему но так и не понял — можно ли оставить транзистор греться до 85 градусов ? У меня такая-же проблема (ключи управления обмотками двигателя), но мне проще — конструкция самопальная — могу вентилятор поставить. Но все же существует червь сомнения: может быть я схему не правильно собрал — раз транзисторы до 85 градусов с небольшими радиаторами греются ?
	kurzin.ru: можно ли оставить транзистор греться до 85 градусов ?. Уже наверное вступил в силу указ президента, о том, что б ГОСТы и прочая тех документация выкладывалась на сайтах бесплатно — не помню номера ГОСТа, но помню, что допустимый длительный нагрев корпуса полупроводникового прибора из кремния не должен превышать 60-ти градусов цельсия. А темперетура кристала не должна превышать даже кратковременно 150-ти градусов. kurzin.ru: транзисторы до 85 градусов с небольшими радиаторами греются ?. увеличте толщину радиаторов и площадь примерно в 2-3 раза. Не поможет — ставьте куллер -если работают — значит ничего страшного — но — 85 — много!
	Борис Парамонов: 85 — много! Присоеденяюсь! У нас к томуже летом комнатная температура (когда проветриваете комнату) может легко за 40 перевалить. Кулер спасет! Конечно лучше найти причину — Что греет его? Если сквозные токи то попробовать установить диод. Если причина не ясно или лень, то можно взять транзистор на Ik в три раза больше посадить его на радиатор и кулер. Благо в телике места валом.
	Gegi4: Конечно лучше найти причину — Что греет его? . Попробуйте поставить более высокочастотный транзистор с меньшим временем рассасывания. Ну и конечно не мешает посмотреть осциллоскопом, какая форма сигнала через него проходит, что на базе творится, лучше 2-х лучевым — сразу и на базе посмотреть и коллектор . .
	Борис Парамонов: толщину радиаторов и площадь И пасты по минимуму и подготовить площадку правильно — её и фрезеруют и даже полируют. И материал радиатора: ИМХО, медный самый лучший — высокая теплопроводность и теплоёмкость, единое — самый тяжёлый.
	Mastak: ИМХО, медный самый лучший — высокая теплопроводность и теплоёмкость, единое — самый тяжёлый. медь хороша лиш на маленькие радиаторики -типа тех что на плате кина +припаять к ним транзюк на ПОСР(это припой с Ag) тогда транзюк будет работать до температуры перехода 140-150град без риска отказа (радик приэтом греется до 100-130) в остальном-для литья силумин ,для фрезы дюралюмин Д16 чистый АЛ забивает зубья-вязок-его толко на строгальном возьмещь, а их теперь нема….а вот что идет на прокатку -вытяжку профиля -не помню наверно тоже Д16?
	serg6: чистый АЛ забивает зубья-вязок-его толко на строгальном возьмещь Керосинчику брызните на пилку. Помогает и уайтспирит, и силиконовые спреи, и, подозреваю, всё что жирно-жидко-скользкое. Чистая медяха, тоже не сахар в обработке. Местами, даже хуже.

Греется выходной транзистор усилителя

Добрый день уважаемые радиолюбители.

Случилась у меня с автомобильным усилителем непонятная ерунда. Ни как не могу найти «корень зла».

Добавлено позже:
Проблему удалось решить. Как и предполагалось изначально, проблема была в плохом контакте. Лопнула ножка транзистора q104. Причем лопнула внутри текстолита. Получается с низу платы торчит запаянный хвост ножки, но при этом он отломан от транзистора. Самое интересное что когда я по нему стучал он ни как себя не выдавал. Обнаружил после выпаивания.
Всем БОЛЬШОЕ спасибо за помощь в поисках!

Итак по порядку:
Установлен усилитель Mystery MB4.400ver2. 4 канала по 100Вт
На 1 и 2 каналы подключены 2 динамика
На 3 и 4 каналы мостом подключен саб.

Не смотря на фирму 3 года данная конфигурация играла без проблем, за это время успел ее грузить как только можно. И вот в один прекрасный день при прослушивании музыки на минимуме внезапно один из динамиков неожиданно «пробило», т.е. был резкий скачек напряжения с усилителя и динамик сгорел, катушка в обрыве.

После долгих проверок выяснил что виноват усилитель. Первый канал по непонятным причинам при ударе по усилителю выдает резкий хлопок на 1й канал. Казалось бы на лицо плохой контакт где то в усилителе, но не так всё просто оказалось. В ходе многочисленных проверок мною не было найдено ни каких проблем в пайке, дорожках или же элементах усилителя. После этого я отдал его знакомому электронщику, спецу как раз по усилкам. Он так же проблем не нашел.
Пытаюсь его уже оживить более месяца, но пока ни как.

На сегодняшний день картина такая:
1. Если к первому каналу подключен динамик то при механическом ударе по усилителю его «простреливает». Если усилитель установлен в машине то по нашим чудо дорогам можно проехать максимум пару километров, потом на очередной кочке идет хлопок в 1м канале.
2. Если на 1 и 2 канал подключить мостом динамик, то картина ещё интереснее: после «хлопка» 1го канала 2й канал «залипает в открытом состоянии и если немедленно не отключить питание то выгорает выходной транзистор, причем как правило только PNP. Видимо только он открывается на полную, хотя NPN транзистор тоже греется, но не так как PNP. Видимо резких скачек напряжения с 1го канала так действует на эту сборку.
3. Если подключен динамик ко второму каналу, то ни каких проблем нет.
4. 3 и 4 канал работают без всяких сбоев.

Казалось бы очевидна проблема таится именно в первом канале, но что я там только не делал, результата нет.
На рисунке представлена схема усилителя мощности данного усилителя. По ней видно, что каналы 1 и 2 абсолютно одинаковы.

Список того, что я проделал:
1. Пропаял ВСЕ контакты в усилителе 3 РАЗА!
2. С помощью лупы просмотрел все дорожки, проблем не обнаружил.
3. Заменил все выходные транзисторы 1 и 2 каналов.
4. Пропаял монтажным проводом практически все дорожки в 1м канале, т.е. запараллелил их, что бы исключить обрыв дорожек. Ни какого результата.
5. В местах пайки всех элементов данного каскада с дорожками платы счищал лак и расширял пятно пайки, что бы исключить обрыв дорожек в пятаках пайки.
6. Заменил практически все транзисторы между собой в 1 и 2 канале. Ни чего.
7. Докапался до блока питания и заменил керамические резисторы по 2 Вт в цепи 15В БП на 5 ватные, т.к. они сильно грелись и дорожки имели признаки перегрева. Так же заменил электролитические конденсаторы в этой цепи. Были установлены 85 градусные, я поставил 105 градусные, т.к. они находятся рядом с резисторами, а они очень сильно греются. Но результата опять нет, хотя если учитывать, что проблема только в одном канале, а они питают все 4 канала, то и маловероятно, что они могли быть причиной.

8. Так же разрывал цепь на входе усилителя мощности, что бы исключить возможность влияния предварительных фильтров и предусилителя. НА картинке выше нарисовал крестиками места разрывов. Тоже ни чего.
9. Плату испытывал как установленную в корпус, так и без него. Дабы исключить коротыша на корпус. Результата нет.

Единственный вариант что у меня остался, это нарушение контакта внутри резисторов или конденсаторов. Их я разумеется все не менял. Но всё идет к этому. Однако я пробовал неоднакратно стучать по отдельности по всем элементам и ни каких ударов нет. Удары происходят именно когда стучишь по плате или же трясешь сильно усилитель в сборе.

Хочу отметить, что в целом качество сборки данного усилка у меня не вызвало нареканий. Все элементы очень хорошо установлены и запаяны. Так что прошу воздержаться от возгласов в адрес производителя данного усилителя и того места куда можно его деть.

Понимаю что не видя его в живую трудно будет помочь, но может кто нибудь даст еще хоть какой нибудь совет ибо у меня идеи уже кончились .

Добрый день уважаемые радиолюбители.

Случилась у меня с автомобильным усилителем непонятная ерунда. Ни как не могу найти «корень зла».

Греется трансформатор на зарядном устройстве

Безусловно, любое зарядное устройство в процессе своей работы хоть немного, но обязательно должно разогреваться, здесь достаточно вспомнить закон Джоуля-Ленца, указывающий нам на то, что если ток течет по проводнику, то будет наблюдаться и нагрев этого проводника, если конечно речь идет о реальном проводнике, например о том же медном, или о полупроводнике, из которого сделаны диоды и транзисторы.

Даже самые обычные провода, так или иначе от тока чуть-чуть всегда разогреваются. Но некоторые зарядные устройства, бывает, греются сверх всякой меры. Давайте попробуем разобраться, почему так происходит.

В случае с нынешними зарядными устройствами, причина их нагрева или перегрева заключается не только в джоулевым тепле. Любой современный сетевой зарядник — это прежде всего понижающий импульсный преобразователь. А в понижающем импульсном преобразователе есть, во-первых, импульсный трансформатор на феррите или хотя бы ферритовый дроссель.

Железные трансформаторы в зарядниках сегодня, пожалуй, не встретишь. Во-вторых, в импульсных преобразователях есть полевые транзисторы и, в-третьих, выпрямительные диоды. Таким образом, здесь есть целых три источника разогрева.

Ферритовый сердечник

На входе типичного зарядного устройства стоит диодный мост, превращающий сетевое переменное напряжение в постоянное. Это постоянное напряжение величиной около 300-310 вольт подается при помощи полевых или биполярных транзисторов короткими импульсами на импульсный трансформатор или на дроссель (в зависимости от схемотехники зарядника), который содержит ферритовый сердечник.

Итак, импульсы частотой в несколько десятков килогерц подаются на этот индуктивный элемент. Сердечник индуктивного элемента — реальный, значит когда он намагничивается и размагничивается, вихревые токи в нем так или иначе возникают, не говоря уже о насыщении. Так вот, в процессе работы зарядника этот ферритовый сердечник разогревается.

А если разработчик зарядного устройства пытался сделать его как можно компактнее, то и сердечник наверняка подобрал и установил минимально возможного для данной мощности размера, при этом частоту преобразователя завысил. В итоге сердечник, конечно, перегревается.

Если, к примеру, нормальная частота для сердечника составляет 50 кГц, а на него подали все 250 кГц. Размер то получился меньше, однако тепла взамен будет выделятся больше, ведь ферриты, способные перемагничиваться на высокой частоте без перегрева, стоят дороже, и размер, опять же, получится больше, что не выгодно для маркетинга.

Транзистор

Транзистор (полевой или биполярный) преобразуют выпрямленное сетевое напряжение в высокочастотные импульсы, которые подаются на обмотку индуктивного элемента. Так устроено большинство зарядных устройств. В редких случаях транзисторов может быть два. Если зарядное устройство относительно мощное, то транзистору необходим радиатор для отвода тепла, ведь транзистор как раз по закону Джоуля-Ленца разогревается.

Если изготовитель блока питания решил сэкономить на размере радиатора, либо совсем не поставил его, или вообще установил дешевые транзисторы с большим сопротивлением канала, то устройство, конечно, будет перегреваться. В неоригинальных зарядных устройствах такое сплошь и рядом встречается.

Выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды Шоттки, преобразующие пониженное импульсное напряжение в постоянное низкое для зарядки, стоят на выходе, и тоже нагреваются. Они имеют падение напряжения от 0,2 (в лучшем случае) до 0,5 вольт, и при выходном токе, скажем, в 1 ампер, некоторое ощутимое количество тепла уже будет выделяться лишь на этих диодах. А если ток на выходе больше, да если напряжение меньше, это сильно сказывается на КПД.

Вывод

Таким образом, если вы хотите чтобы ваш зарядник грелся как можно меньше и не перегревался, покупайте оригинальные (от фирмы – изготовителя заряжаемого устройства) зарядники, в которых установлены качественные комплектующие, где разработчик не пытался сэкономить на всем подряд, а делал упор на качество своего продукта.

1)трансформатора первичка как 220 так и 237 как лутше,

-лучше на 237в, напряжение в сети не всегда 220в, так что будет лучше и спокойнее при 237в, да и гудеть будет потише.

2)можно ли мотать вторичку тем-же проводом в несколько жил?

-конечно можно, главное чтобы суммарная площадь поперечного сечения всех использованых проводов, составляла не менее 1.7мм2, больше- лучше, но без фанатизма 2мм2 хватит с запасом.

3)сколько витков мотать на каждую катушку?

-берёте обмотку с напряжением 6.4в, сматываете её, при этом считаете витки, делите количество витков на 6.4, получаете количество витков на 1в. Исходя из этого мотаете уже свою вторичную обмотку с напряжением 18-20в.

Заряжать буду автомобильный аккумулятор 75а/ч.

– я за Вас очень рад, у меня зарядное устройство прекрасно заряжет начиная от пальчиковых (АА) аккумуляторов и заканчивая 125а/ч *12в, при этом зарядный ток выставляю 10а, что характерно то в таком режиме работы , тиристор греется значительно меньше чем диодный мост, объясняется это тем, что тиристор практически открыт полностью и на нём падение напряжения минимально. Но это так – к слову. Охлаждение в любом случае должно быть хорошим. Могу посоветовать использовать радиатор от центрального процессора компьтера , очень желательно от производителя AMD, так как у них площадь основания больше, а значит можно очень хорошо разместить и диодный мост (кврс3510 или ему подобный) вместе с тиристором, а вентилятор будет замечательно отводить тёплый воздух, таким образом получим достаточно компактное и очень мощное зарядное устройство.

Трансформаторы – электрические устройства, которые используются для трансформации энергии в процессе передачи по цепям. В процессе работы они нагреваются, что в принципе некритично, если избыточная температура не превышает той, на которую рассчитаны обмотки. Тем не менее, вопрос – почему и как греется трансформатор – является актуальным, ибо перегрев может свидетельствовать о неисправностях техники. Это может привести к риску пожара или отключения от электроснабжения потребителей.

Основные причины

Перегрев оценивается с точки зрения вероятности, частоты и сложности места обнаружения. Рассмотрим ситуации, которые встречаются чаще.

Короткозамкнутый виток

Механическая неисправность, проявляющаяся в следующих случаях:

Ошибка в обмотке. В распределительных трансформаторах присутствуют две обмотки – первичная и вторичная. Высокое напряжение (и соответственно малый ток) находится на первичной обмотке. Оттуда они путём электромагнитной индукции преобразуются в пониженное напряжение и повышенный ток во вторичной обмотке. В процессе такой трансформации обмотки неоднократно подвергаются диэлектрическим, термическим и механическим нагрузкам. В результате вероятно повреждение обмоток, которое заключается в нарушении целостности или даже в частичном выгорании;
Нарушение изоляции. Чаще встречается в местах изгиба или поворота обмотки на следующий виток. Возникает тогда, когда фактические значения тока и напряжения превышают максимально допустимые значения (этот предел указывается предприятием-изготовителем в сопроводительной документации). В случае разрушения изоляции (например, при ударе молнии) наблюдается пробой обмотки и короткое замыкание. Несмотря на кратковременность такого процесса, перегрев значителен.

Регулярная проверка диэлектрического сопротивления обмоток помогает предотвратить проблему.

Недостаточная нагрузка

При недостаточной нагрузке во вторичной цепи входное напряжение не понижается. Из-за этого возможны диэлектрические утечки, приводящие к перегреву. Причина легко обнаруживается, поскольку недонагруженный трансформатор изменяет звуковой тон работы.

Перегрузка

Материал обмоток – медный провод, характеризующийся незначительными тепловыми потерями. Однако при нерегулярном техническом обслуживании отдельные части обмоток перегреваются. Если устройство периодически работает на повышенных значениях рабочих характеристик, то с течением времени наблюдается износ и ухудшение качества поверхностного слоя изоляции. Обмотки подвергаются тепловому деформированию, что вызывает ослабление или смещение обмоток. Трансформатор теряет в производительности, а температура на поверхности обмоток (при неудовлетворительном состоянии вентиляции) резко поднимается.

Причинами перегрузки могут быть также:

Вибрации агрегата;
Внезапный скачок напряжения;
Постепенно накапливающиеся коррозионные процессы.

Сердечники

Выход из строя сердечников связан с некачественной сборкой, поэтому редко становится причиной отказа. Сердечники ламинируются, чтобы избежать появления вихревых токов, способствующих перегреву. Качество ламинирующего слоя резко ухудшается, если его не контролировать. Перегрев начинается на поверхности, распространяясь вглубь, пока не достигает обмоток. Далее происходит перегрев масла, которое испаряется, и повреждает остальные узлы агрегата.

Вероятна также и механическая поломка сердечника, проявляющаяся при попадании внутрь воды (которая впоследствии интенсивно испаряется) и из-за естественного старения материала детали. Опасность перегрева устраняется заменой трансформаторного масла.

Заземляющие втулки

Конструктивно представляют собой изолирующие устройства, которые предотвращают попадание высокого напряжения на проводник при переходе к заземляющему узлу. Внутри трансформатора используются бумажные изоляторы, которые окружены маслом, обеспечивающим дополнительную изоляцию. Пробой на гильзе втулки происходит со временем, и вызывает перегрев.

Регулирующая автоматика и система охлаждения

Основная часть такой системы – тепловое реле, при помощи которого изменяются уровень и диапазон напряжения. В этом случае включаются/выключаются отдельные части обмоток, и возможный перегрев предотвращается. Первым признаком неисправности теплового реле считается несвоевременность отработки команд на изменение численных значений характеристик вторичной цепи. Немедленной замене подлежит исполнительная пружина реле, материал которой от длительного использования утратил упругость. Поэтому не происходит включения подачи масляного охладительного потока.

Проверке подлежат охлаждающие вентиляторы, масляные насосы и теплообменники с водяным охлаждением.

Как правильно предотвратить причину

Всё решается квалифицированным регламентным обслуживанием, периодичность которого устанавливается производителем. Главные пункты проверки рассматриваются далее.

Ток холостого хода

Перед подключением к нагрузке проверяется температура крышки корпуса. Она не может быть выше 65…70°C. В противном случае осматриваются витки изоляции. Сгоревшая, затемненная или поврежденная изоляция сопровождается характерным запахом горелого. Самая горячая часть трансформатора – катушка при вершине сердечника. Если изоляция повреждена или при холостом ходе наблюдается дым, то устройство необходимо срочно протестировать, после чего принять решение о ремонте или замене агрегата.

Ток холостого хода не должен превышать 2…3 % от общей мощности трансформатора.

При зарядке

Неисправность касается маломощных трансформаторов, например тех, что находятся в зарядных устройствах ноутбуков. Они преобразуют напряжение, поступающее от сети, в то, которое требуется компьютеру. При этом наблюдается перегрев вилки. Если этот перегрев значителен, и сопровождается неприятным запахом, то зарядное устройство заменяют; в противном случае неприятность вызовет последующую замену аккумулятора компьютера.

Снизить нагрев можно, если установить корпус набок или подставить снизу несколько карандашей, чтобы улучшить циркуляцию воздуха. Если зарядное устройство не используется, его отсоединяют от сетевой розетки.

Опыт короткого замыкания

Такая проверка сильно опасна, поэтому перед началом испытания необходимо убедиться, что сетевая нагрузка не превышает значения номинальной мощности. Рекомендуется не проводить опыт при предельной рабочей нагрузке на агрегат, а также на другом трансформаторе подобной модели. Вентиляторы должны работать на максимальных оборотах, а температура окружающей среды не может превышать 25 С.

Опыт непригоден, если трансформатор смонтирован в закрытом непроветриваемом помещении. Другие условия:

Соединения ответвлений установлены одинаково;
Трансформатор правильно рассчитан на гармоническую нагрузку;
Высокие токи в нейтрали отсутствуют.

Особенности поведения импульсного трансформатора

Разработчики импульсных трансформаторов стремятся минимизировать падение напряжения, время нарастания и искажения импульса. Это вызвано с увеличением тока намагничивания во время длительности импульса.

Питание в устройстве включается и выключается с помощью переключателя (или переключающего устройства) на рабочей частоте и длительности импульса, которые обеспечивают необходимое количество энергии на входе в блок питания. Следовательно, температура также контролируется. При исправном трансформаторе электрическая изоляция между входом и выходом гарантируется конструкцией устройства.

Чаще перегреваются трансформаторы, используемые в источниках питания с прямым преобразователем, особенно, если мощность превышает 500 кВт. Импульсные трансформаторы сигнального типа имеют дело с низкими уровнями мощности, поэтому их нагрев незначителен.

Проблем с перегревом таких устройств не будет, если контролировать следующие параметры:

Ток намагничивания.
Ток нагрузки.
Падение напряжения.
Напряжение отдачи.
Вторичный ток нагрузки.
Искажение импульса.

В каких случаях трансформатор нагревается больше всего

Суммируя вышеописанное, можно сделать вывод, что, перегрев трансформатора наблюдается в следующих случаях:

Эксплуатация оборудования в нештатном режиме;
Плохая вентиляция и/или охлаждение;
Неудовлетворительное состояние обмоток;
Сбой в работе автоматики;
Неправильное подключение;
Ненадёжное заземление.

Все эти проблемы снимаются квалифицированным регламентным обслуживанием.

MOSFET — почему этот переключающий транзистор нагревается?

Не работает как переключатель. Вместо этого образует источник тока или линейный регулятор напряжения (Вы можете объяснить, как сами, но подробное объяснение ниже) . Согласно примечаниям к схеме, напряжение на D и S Q2 будет в худшем случае 12–3,0 = 9 В. Если вы умножите это на ток нагрузки (вентилятора), вы найдете рассеиваемую мощность (\ $ P_D \ $) на Q2. Умножьте \ $ P_D \ $ на \ $ R_ {th j-a} \ $ из AO3401, который задается как мин.100 в таблице данных, и вы обнаружите повышение температуры. Это может объяснить чрезмерную жару. В этом можно убедиться, подав максимальное управляющее входное напряжение (1,2 В) и убедившись, что Q2 не нагревается.

Теперь позвольте мне объяснить, как это работает как линейный регулятор (согласно схеме в вашем вопросе):

1) Во время подачи питания на схему (при условии, что управляющий вход равен 0) на выходе компаратора будет 0 из-за понижающего резистора (R2). Итак, выход компаратора низкий -> Q1 выключен -> Q2 выключен -> Ток / напряжение нет нагрузки -> Напряжение на R2 равно нулю -> Выходной сигнал остается низким.

2) При подаче управляющего напряжения компаратор попытается увеличить свой выход до 12 В. Когда это выходное напряжение приближается / достигает порогового значения Vbe Q1 (без учета 100R, привязанного к эмиттеру) , сопротивление CE Q1 начинает уменьшаться. Таким образом, напряжение G-S (то есть сопротивление DS) Q2 начинает уменьшаться, что приводит к увеличению тока нагрузки (то есть напряжения нагрузки).

3) Это напряжение нагрузки делится на 1+ (R8 + R3) / R2 = 1 + 90k / 10k = 10 и возвращается на отрицательный вход компаратора (\ $ V_ {in-} = V_L / 10 \ $ ).Когда это напряжение FB (т.е. напряжение на R2) достигает и превышает напряжение на положительной входной клемме (т.е. управляющее напряжение), компаратор пытается уменьшить свой выход до 0.

4) Выход компаратора начинает уменьшаться, поэтому Vbe Q1 начинает уменьшаться, что приводит к увеличению сопротивления CE и вынуждает Q2 увеличивать свое сопротивление DS. Это приводит к уменьшению тока нагрузки (и, следовательно, напряжения нагрузки). Это напряжение делится на 10 и возвращается на отрицательный вход компаратора (\ $ V_ {in-} = V_L / 10 \ $).

5) Теперь напряжение на отрицательном входе ниже, чем на положительном входе, поэтому компаратор попытается увеличить свой выход до 12 В. Выход начинает увеличиваться, и цикл начинается заново с (2).

Следовательно, напряжение на нагрузке будет в 10 раз больше управляющего напряжения: \ $ V_L = V_ {ctrl} \ cdot 10 \ $, а напряжение на MOSFET равно \ $ V_ {DS} = 12 В — V_L \ $. У нас нет никакой информации о вашей нагрузке, поэтому довольно сложно предположить, какой ток нагрузки.В любом случае мощность, рассеиваемая MOSFET, будет равна \ $ P_D = V_ {DS} \ cdot I_L \ $.

Я сделал симуляцию на Proteus 7. Вы можете скачать отсюда и вот скриншот:

(я использовал LMV393, потому что LM393 не определен в Proteus, но LMV393 — это низковольтная версия LM393).

Предположим, ток вашего вентилятора \ $ I_L = 50mA \ $ @ \ $ V_L = 5V \ $. Таким образом, рассеиваемая мощность MOSFET будет \ $ P_D = 7V \ cdot 0,05 = 0,35 Вт \ $. Умножение этого на \ $ R_ {th (j-a)} = 100 \ $ даст повышение температуры на \ $ \ Delta T = 100 ° C / Вт \ cdot 0.35Вт = 35 ° C \ $. Предполагая, что температура окружающей среды составляет 24 ° C, конечная температура MOSFET будет 24 + 35 = 59 ° C.

Надеюсь, этого объяснения достаточно и оно будет вам полезно.

Радиаторы для транзисторов

Радиаторы необходимы для транзисторов, пропускающих большие токи.

Зачем нужен радиатор?

Из-за протекающего через них тока в транзисторах выделяется лишнее тепло. Если вы обнаружите, что транзистор становится слишком горячим, чтобы к нему прикасаться, обязательно нужно радиатор! Радиатор помогает рассеивать (отводить) тепло, передавая это в окружающий воздух.

Скорость производства отходящего тепла называется тепловой мощностью P. Обычно базовый ток I _B слишком мал, чтобы выделять много тепла, поэтому тепловой мощность определяется током коллектора I _C и напряжением V _CE через транзистор:

P = I _C × V _CE (см. Диаграмму ниже)

Нагрев не является проблемой, если I _C маленький или если транзистор используется в качестве переключение, потому что при «полном включении» V _CE почти ноль.Однако силовые транзисторы, используемые в таких схемах, как аудиоусилитель или регулятор скорости двигателя будет частично работать большую часть времени, и V _CE может быть около половина напряжения питания. Эти силовые транзисторы почти наверняка потребуют радиатора. чтобы предотвратить их перегрев.

Силовые транзисторы обычно имеют отверстия под болты для крепления радиаторы, но также доступны прикрепляемые радиаторы. Убедитесь, что вы используете правильный типа для вашего транзистора. Многие транзисторы имеют металлические корпуса, которые подключены к одному из их выводов, поэтому может потребоваться изолировать радиатор от транзистора.Комплекты изоляционные доступны с листом слюды и пластиковой втулкой для болта. Теплопроводящую пасту можно использовать для улучшения теплового потока от транзистора к радиатор, это особенно важно, если используется изоляционный комплект.

Мощность радиатора

Радиаторы оцениваются по их термическому сопротивлению. (Rth) в ° C / Вт. Например, 2 ° C / Вт означает теплоотвод (и, следовательно, компонент приложенный к нему) будет на 2 ° C горячее, чем окружающий воздух на каждый 1 Вт тепла он рассеивается.Обратите внимание, что более низкое тепловое сопротивление означает, что теплоотвод лучше .
Вот как вы рассчитываете требуемый рейтинг радиатора:
Рассчитайте рассеиваемую тепловую мощность, P = I _C × V _CE
В случае сомнений используйте наибольшее вероятное значение для I _C и предположите что V _CE составляет половину напряжения питания.
Например, если силовой транзистор пропускает 1 А и подключен к Питание 12В, мощность Р около 1 × ½ × 12 = 6 Вт.
Найдите максимальную рабочую температуру (Tmax) для транзистора, если можете, в противном случае принимайте Tmax = 100 ° C.
Оцените максимальную температуру окружающей среды (окружающего воздуха) (Tair). Если радиатор будет находиться вне корпуса Tair = 25 ° C разумно, но внутри будет выше (возможно 40 ° C) позволяя всему прогреваться в работе.
Рассчитайте максимальное тепловое сопротивление (Rth) радиатора, используя: Rth = (Tmax — Таир) / P
В приведенных выше примерах значений: Rth = (100-25) / 6 = 12.5 ° C / Вт.
Выберите радиатор с тепловым сопротивлением на меньше, чем на значение, рассчитанное выше (помните, что меньшее значение означает лучший теплоотвод!) например, 5 ° C / Вт было бы разумным выбором для обеспечения запаса прочности. Радиатор 5 ° C / Вт, рассеивающий 6 Вт, будет иметь разницу температур 5 × 6 = 30 ° C, поэтому температура транзистора поднимется до 25 + 30 = 55 ° C (безопасно менее чем максимум 100 ° C).
Все вышесказанное предполагает, что транзистор имеет ту же температуру, что и радиатор.Это разумное предположение, если они надежно закреплены болтами или зажимами. все вместе. Однако вам, возможно, придется положить лист слюды или аналогичный материал между их обеспечить электроизоляцию, тогда транзистор будет горячее чем радиатор, и расчет становится сложнее. Для типичных листов слюды следует вычесть 2 ° C / Вт из термической значение сопротивления (Rth), рассчитанное на шаге 4 выше.
Если все это кажется слишком сложным , вы можете попробовать прикрепить умеренно большой радиатор и надежда на лучшее.Осторожно следите за температурой транзистора с помощью пальцем, если он станет очень горячим, немедленно выключите его и используйте радиатор большего размера!
Почему термическое сопротивление?
Термин « термическое сопротивление » используется, потому что он аналогичен электрическое сопротивление:
Разница температур на радиаторе (между транзистором и воздух) похож на напряжение (разность потенциалов) на резисторе.
Тепловая мощность (скорость нагрева), протекающая через радиатор от транзистора. к воздуху подобен току, протекающему через резистор.
Итак, R = V / I становится Rth = (Tmax — Tair) / P
Так же, как вам нужна разница напряжений для протекания тока, вам понадобится разность температур для создания теплового потока.

Главная | Конденсатор | Разъем | Диод | IC | Лампа | LED | Реле | Резистор | Переключатель | Транзистор | Переменный резистор | Другой
© Джон Хьюс 2007, Клуб электроники, www.kpsec.freeuk.com
Этот сайт был взломан с использованием ПРОБНОЙ версии WebWhacker. Это сообщение не появляется на лицензированной копии WebWhacker.
Использовать транзистор в качестве нагревателя
Обычно для управления резистивными нагревательными элементами используются транзисторы. Однако в некоторых случаях можно использовать тепло, которое рассеивает силовой транзистор, в недостаток, устраняя необходимость в отдельном нагревательном элементе, поскольку большинство транзисторов могут безопасно работать при температурах до 100 ° C.Типичный пример — биологическая лаборатория, в которой обычным требованием является поддержание температуры образцов в кюветах микролитрового размера. Ограниченное пространство / геометрия и верхний предел температуры ниже-100 ° C являются основными факторами идеи.
N-канальный МОП-транзистор IRF540 можно использовать для прямого нагрева и регулирования температуры биологического образца от температуры окружающей среды до 45 ° C. На рисунке 1 показана простая схема управления включением / выключением, в которой LM35, IC ₁ является датчиком температуры, выход которого может отображать DPM (цифровой панельный измеритель).IC ₂ сравнивает напряжение, которое VR ₁ устанавливает с выходом LM35 для включения Q ₂ соответственно, с положительной обратной связью через R ₉, обеспечивающей небольшой гистерезис. S ₁ переключает DPM между заданным значением и фактическим показанием температуры. Вы получаете эталонное напряжение от шунтирующего регулятора TL431 (не показан). Светодиод загорается, когда включен Q ₂.
IC ₁ и Q ₂ термически устанавливаются на металлический блок, который образует держатель образца; используйте термопасту на обоих компонентах для максимальной теплопередачи.Обратите внимание, что монтажный язычок корпуса TO-220 электрически соединяется со сливом, и вам может потребоваться изолировать его от кюветы с помощью термопрокладки. Установка регулятора смещения VR ₃ на ток Q ₂ 270 мА достаточна для поддержания кюветы при 45 ° C.
Обязательно установите VR ₃ на минимальную мощность при первоначальном включении; Если вы установите его на максимальную мощность, вы можете подать 24 В на напряжение затвор-исток Q ₂, которое рассчитано максимум на 20 В. Вы можете расширить температурный диапазон, изменив делитель напряжения, содержащий R ₁, R ₂ и VR ₁.В конструкции предусмотрена цепь аварийного отключения (не показана) на случай слишком высокой температуры.
Возможны и другие варианты применения для этой схемы. Эти приложения включают линейное управление, широтно-импульсную модуляцию и использование ПИД-регулятора (пропорционально-интегрально-производная), и это лишь некоторые из них.
радиатор в транзисторе | Цепь термического сопротивления
Радиатор в транзисторе:
Когда мощность рассеивается в транзисторе, выделяемое тепло должно течь от перехода коллектор-база к корпусу, а затем в окружающую атмосферу.Когда задействовано только очень небольшое количество энергии, как в малосигнальном транзисторе, площадь поверхности корпуса транзистора обычно достаточно велика, чтобы все тепло могло уйти. Для большой рассеиваемой мощности, которая может иметь место в мощных транзисторах, площадь поверхности транзистора недостаточно велика. Радиатор в транзисторе необходимо использовать для увеличения площади контакта с атмосферой. Для небольших транзисторов можно использовать теплоотводы звездообразного типа, показанные на рис. 8-28 (a). Для более мощных транзисторов доступны радиаторы из листового металла и алюминия, как показано на рис.8-28 (б) и (в).
На рис. 8-29 (а) показано поперечное сечение транзистора, прикрепленного к радиатору транзистора. Тепло, генерируемое в переходе коллектор-база, должно течь от перехода к корпусу транзистора, затем от корпуса к радиатору и, наконец, от радиатора к окружающему воздуху. Во многих случаях для электрической изоляции между корпусом транзистора и радиатором вставляется слюдяная прокладка [см. Рис. 8-29 (a)]. Каждая часть пути, по которой должно проходить тепло, имеет тепловое сопротивление.Это:
θ _JC — термическое сопротивление переход-корпус
θ _CS — термическое сопротивление корпус-раковина
θ _SA — термическое сопротивление погружению в воздух
На рис. 8-29 (b) показана тепловая эквивалентная схема транзистора и радиатора. Он состоит из трех последовательно соединенных тепловых сопротивлений. Размер радиатора, необходимого для транзистора с заданной рассеиваемой мощностью, может быть определен из тепловой эквивалентной схемы.
Разница температур между коллекторно-базовым переходом транзистора и воздухом, окружающим радиатор (T _J — T _A), заставляет рассеиваемую мощность (Q) течь через каждое из тепловых сопротивлений по очереди. Последовательная цепь с тепловым сопротивлением аналогична последовательной резистивной электрической цепи. Поток мощности в тепловой цепи аналогичен потоку тока в электрической цепи. Кроме того, падение температуры на каждом тепловом сопротивлении аналогично падению напряжения на каждом электрическом сопротивлении [см. Рис.8-29 (b)]. Закон Ома может применяться к последовательной тепловой цепи точно так же, как и к последовательной электрической цепи.
Для последовательной резистивной электрической цепи, I = E / R, или
Для последовательной цепи термического сопротивления,
Когда температуры. в градусах Цельсия (° C), а тепловое сопротивление — в градусах Цельсия на ватт (° C / Вт), Q — рассеиваемая мощность в ваттах (Вт).
Значение θ _JC зависит от типа корпуса транзистора и обычно указывается в технических данных.См. Часть спецификации 2N3055 на рис. 8-30. θ _CS зависит от корпуса транзистора и от механического контакта между корпусом и радиатором в транзисторе. Контакт может быть сухим, иметь слой теплопроводящего компаунда или иметь изоляционную прокладку. В таблице 8-1 показаны типичные значения θ _CS для трех типов корпуса и трех условий контакта. θ _SA определяется размером и стилем радиатора (см. Таблицу 8-2).
Уравнение 8-21 может использоваться для вычисления θ _SA, когда известны все другие величины.Затем выбирается наименьший радиатор с тепловым сопротивлением, равным или меньшим расчетного значения. В качестве альтернативы, когда используется данный радиатор, уравнение. 8-20 может применяться для расчета температуры перехода транзистора.
Другой метод, используемый для определения теплового сопротивления радиатора, показан в Таблице 8-2. Для радиатора Wakefield 621 θ _SA указано как 75 ° C при 15 Вт для естественной конвекции. Это означает, что максимальная разница температур между корпусом и окружающим воздухом будет 75 ° C, когда радиатор в транзисторе рассеивает 15 Вт.Это можно переопределить как,
8.5: Использование теплоотвода — Разработка LibreTexts
Всякий раз, когда значительное количество энергии рассеивается полупроводниковыми приборами, необходимо рассмотреть вариант охлаждающего элемента. Схемы регулирования питания не исключение. Проходные транзисторы, используемые как в линейных, так и в импульсных регуляторах, могут быть вынуждены рассеивать большое количество энергии. Результатом этого является производство тепла. Как правило, срок службы полупроводников падает с повышением рабочей температуры.{\ circ} \) C диапазон. Хотя в силовых транзисторах используются более тяжелые металлические корпуса, они, как правило, сами по себе не подходят для приложений с высоким уровнем рассеяния.
Для увеличения теплового КПД устройства используется внешний радиатор. Радиаторы обычно изготавливаются из алюминия и имеют вид ребер. Ребра создают большую поверхность, что усиливает процесс конвекции тепла. Другими словами, радиатор может передавать тепло в окружающую атмосферу быстрее, чем силовой транзистор.Прикрепив транзистор к радиатору, устройство сможет рассеивать больше энергии при заданной рабочей температуре. Некоторые типичные радиаторы показаны на рисунке \ (\ PageIndex {1} \).
Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Типичные радиаторы. Перепечатано с разрешения Thermalloy, Inc.
8.5.1: Физические требования
Радиаторы
предназначены для работы с конкретными стилями корпусов устройств. Наиболее распространенными типами корпусов регуляторов являются TO-220 «power tab» и TO-3 «can». Радиаторы доступны для этих конкретных стилей, включая необходимое монтажное оборудование и изоляционные прокладки.В некоторых регуляторах пониженной мощности используются корпуса типа «мини-банка» ТО-5 или DIP. Радиаторы также доступны для этих типов корпусов, но не так распространены.
При использовании радиаторов следует соблюдать несколько общих правил:
Всегда используйте какую-либо смазку для радиатора или теплопроводящую прокладку между радиатором и устройством. Это увеличит теплопередачу между двумя частями. Обратите внимание, что чрезмерное количество смазки для радиатора фактически снизит} производительность.
Установите ребра в вертикальной плоскости для оптимального естественного конвективного охлаждения.
Не перегружайте и не закрывайте устройства, в которых используются радиаторы.
Не перекрывайте поток воздуха вокруг радиаторов, особенно непосредственно над и под предметами, для которых необходима естественная конвекция.
Если тепловые требования особенно высоки, рассмотрите возможность использования принудительной конвекции (например, вентиляторов).
8.5.2: Термическое сопротивление
Чтобы указать конкретный радиатор для данного приложения, необходимо более техническое объяснение.Что мы собираемся сделать, так это создать эквивалент тепловой цепи. В этой модели используется понятие термического сопротивления. Термическое сопротивление означает, насколько легко передать тепловую энергию от одной механической части к другой. Символ теплового сопротивления — \ (\ theta \), а единицы измерения — градусы Цельсия на ватт. В этой модели температура аналогична напряжению, а рассеиваемая тепловая мощность аналогична току. Полезное уравнение:
\ [P_D = \ frac {\ Delta T} {\ theta _ {total}} \ label {8.4} \]
Где \ (P_D \) — мощность, рассеиваемая полупроводниковым прибором, в ваттах, \ (\ Delta T \) — разность температур, а \ (\ theta _ {total} \) — сумма тепловых сопротивлений. По сути, это тепловая версия закона Ома.
Чтобы построить нашу модель, давайте более подробно рассмотрим комбинацию питания, устройства и радиатора. Это показано на рисунке \ (\ PageIndex {2} \). \ (T_j \) — температура полупроводникового перехода. Этот источник тепловой энергии нагревает корпус устройства до \ (T_c \).Тепловое сопротивление между двумя объектами равно \ (\ theta _ {jc} \). Корпус, в свою очередь, нагревает радиатор через межсоединение. Это тепловое сопротивление равно \ (\ theta _ {cs} \), а результирующая температура равна \ (T_s \).
Наконец, радиатор передает тепловую энергию в окружающий воздух, который находится в точке \ (T_a \). Тепловое сопротивление радиатора составляет \ (\ theta _ {sa} \). Эквивалентная тепловая модель показана на рисунке \ (\ PageIndex {3} \). (Хотя это не полностью соответствует нормальному анализу схем, но все же иллюстрирует основные моменты.)
Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Устройство и радиатор.
Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Эквивалентная тепловая модель рисунка \ (\ PageIndex {2} \).
В этой модели земля представляет собой температуру абсолютного нуля. Схема находится при температуре окружающей среды \ (T_a \), поэтому источник напряжения \ (T_a \) подключен к земле и радиатору. Три тепловых сопротивления включены последовательно и управляются источником тока, который задается текущей мощностью рассеивания устройства.Обратите внимание, что если рассеиваемая мощность высока, результирующие «падения напряжения» на тепловых сопротивлениях будут высокими. Напряжение аналогично температуре в этой модели, поэтому это указывает на создание высокой температуры. Поскольку существует максимальный предел для \ (T_j \), более высокая рассеиваемая мощность требует меньшего теплового сопротивления. Поскольку \ (\ theta _ {jc} \) установлен производителем устройства, вы не можете контролировать этот элемент. Однако \ (\ theta _ {cs} \) зависит от стиля корпуса и используемого изоляционного материала, поэтому у вас есть некоторый контроль (но не очень большой) над этим.С другой стороны, как человек, определяющий радиатор, вы имеете большой контроль над \ (\ theta _ {sa} \). Значения для \ (\ theta _ {sa} \) указаны производителями радиаторов. Полезный вариант уравнения \ ref {8.4} —
\ [P_D = \ frac {T_j − T_a} {\ theta _ {jc} + \ theta _ {cs} + \ theta _ {sa}} \ label {8.5} \]
Обычно значения рассеиваемой мощности, температуры перехода и окружающей среды \ (\ theta _ {jc} \) и \ (\ theta _ {cs} \) известны. Идея состоит в том, чтобы определить подходящий радиатор.И \ (T_j \), и \ (\ theta _ {jc} \) предоставляются производителем полупроводникового прибора. Температура окружающей среды \ (T_a \) может быть определена экспериментально. Из-за локального потепления она обычно выше, чем фактическая «комнатная температура». {\ circ} \) C, тип корпуса TO-220, \ (\ theta _ {jc} \) = 3.{\ circ} \) / W или около того. Также обратите внимание на обычно более низкие значения \ (\ theta _ {sa} \) для случая TO-3 по сравнению с TO-220. Это одна из причин, почему корпуса TO-3 используются для устройств большей мощности. Этот случай также облегчает производителю сокращение \ (\ theta _ {jc} \).
Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): \ (\ theta_ {CS} \) для ТО-3 и ТО-220. Перепечатано с разрешения Thermalloy, Inc.
.
Радиатор — Основы | СхемыTune
Поскольку силовые транзисторы выдерживают большие токи, они всегда нагреваются во время работы.Поскольку транзистор является устройством, зависящим от температуры, выделяемое тепло должно отводиться в окружающую среду, чтобы поддерживать температуру в допустимых пределах. Как правило, транзистор закреплен на металлическом листе (обычно алюминиевом), так что дополнительное тепло передается алюминиевому листу. Металлический лист, который служит для отвода дополнительного тепла от силового транзистора, известен как радиатор. Большая часть тепла внутри транзистора производится на коллекторном переходе. Радиатор увеличивает площадь поверхности и позволяет теплу легко отводиться от коллекторного перехода.В результате температура транзистора значительно снижается. Таким образом, почти все тепло в транзисторе производится на переходе коллектор-база. Если температура превышает допустимый предел, этот переход разрушается, и транзистор приходит в негодность.
Большая часть мощности рассеивается на переходе коллектор-база. Это связано с тем, что напряжение коллектор-база намного больше, чем напряжение база-эмиттер, хотя токи через два перехода почти одинаковы.
Радиатор — это прямое практическое средство борьбы с нежелательными тепловыми эффектами e.г. тепловой разгон. Можно отметить, что способность любого радиатора передавать тепло окружающей среде зависит от его материала, объема, площади, формы, контакта между корпусом и раковиной и движения воздуха вокруг раковины. Ребристые алюминиевые радиаторы обеспечивают лучшую теплопередачу на единицу стоимости. Следует понимать, что использования одного радиатора может быть недостаточно для предотвращения теплового разгона при любых условиях. При проектировании транзисторной схемы следует также учитывать выбор (i) рабочей точки, (ii) температуры окружающей среды, с которой можно столкнуться, и (iii) типа транзистора e.г. Транзисторы в металлическом корпусе легче охлаждаются теплопроводностью, чем в пластмассовых. Также могут быть разработаны схемы для автоматической компенсации температурных изменений и, таким образом, стабилизации работы компонентов транзистора.
Как выбрать радиатор
Радиаторы являются важным элементом схемотехники, поскольку они обеспечивают эффективный путь передачи тепла в окружающий воздух и от электронных устройств (например, BJT, MOSFET, линейных регуляторов и т. Д.)). Общая теория радиатора заключается в увеличении площади поверхности выделяющего тепло устройства, что позволяет более эффективно передавать тепло в окружающую среду. Этот улучшенный тепловой путь снижает повышение температуры в соединении электронного устройства. Следующий пост предназначен для предоставления общего руководства по выбору радиатора с использованием тепловых данных из вашего приложения и спецификаций от поставщика радиатора.
Требуется ли радиатор?
В оставшейся части этого поста предположим, что приложение разрабатывается с использованием транзистора, размещенного в корпусе TO-220, потери на переключение и проводимость транзистора равны рассеиваемой мощности, равной 2.78 Вт, и ожидается, что рабочая температура окружающей среды этого приложения не превысит 50 ° C. Потребуется ли радиатор для этого транзистора?
Чертежи спереди и сбоку типичного корпуса TO-220 с радиатором
Первый шаг — собрать и понять все тепловые сопротивления, которые препятствуют рассеиванию 2,78 Вт в окружающий воздух. Если эти ватты не могут эффективно рассеиваться, температура перехода внутри корпуса TO-220 вырастет за пределы рекомендуемых рабочих условий (обычно 125 ° C для кремния).
Большинство поставщиков транзисторов документируют термическое сопротивление «переход-окружающая среда», обозначенное символом R _{θ J-A}, которое измеряется в градусах Цельсия / Вт. Это значение показывает, насколько температура перехода превысит температуру окружающей среды, окружающей корпус TO-220, на каждый ватт мощности, рассеиваемой внутри устройства.
Например, если поставщик транзистора заявляет, что тепловое сопротивление от перехода к окружающей среде составляет 62 ° C / Вт, это означает, что 2,78 Вт, рассеиваемые внутри корпуса TO-220, вызовут повышение температуры перехода на 172 ° C. выше температуры окружающей среды (рассчитывается как 2.78 Вт x 62 ° C / Вт). Если предположить, что наихудшая температура окружающей среды для этого применения составляет 50 ° C, температура перехода достигнет 222 ° C (рассчитывается как 50 ° C + 172 ° C). Это намного превышает номинальную температуру кремния 125 ° C и приведет к необратимому повреждению транзистора. Следовательно, требуется радиатор. Установка радиатора значительно снизит тепловое сопротивление перехода к окружающей среде. Следующим шагом будет определение того, насколько низким должен быть путь теплового сопротивления для безопасной и надежной работы.
Определение путей теплового импеданса
Для этого начните с максимально допустимого повышения температуры.Если максимальная рабочая температура окружающей среды составляет 50 ° C, а кремниевый переход должен оставаться на уровне 125 ° C или ниже, максимальное допустимое повышение температуры составляет 75 ° C (рассчитывается как 125 ° C — 50 ° C).
Затем рассчитайте максимально допустимое тепловое сопротивление между переходом и окружающим воздухом. Если максимально допустимое повышение температуры составляет 75 ° C, а мощность, рассеиваемая в корпусе TO-220, составляет 2,78 Вт, наибольшее допустимое тепловое сопротивление будет 27 ° C / Вт (рассчитано как 75 ° C ÷ 2.78 Вт).
Наконец, сложите все пути теплового сопротивления от кремниевого перехода до окружающего воздуха и убедитесь, что их сумма меньше максимально допустимого теплового сопротивления; 27 ° C / Вт в этом примере.
Графическое изображение тепловых сопротивлений, которые должны быть рассчитаны и сложены между переходом и окружающим воздухом в типичном применении TO-220
Из рисунка выше первое необходимое тепловое сопротивление — это «переход от корпуса к корпусу», обозначенное символом R _{θ JC}.Это показатель того, насколько легко тепло может передаваться от соединения, где оно генерируется, на поверхность (корпус) устройства (в данном примере TO-220). Большинство производителей укажут этот импеданс в своих таблицах вместе с метрикой соединения с окружающей средой. В этом примере предполагаемое тепловое сопротивление между переходом и корпусом составляет 0,5 ° C / Вт.
Второй требуемый тепловой импеданс — это «корпус-сток», обозначаемый символом R _{θ CS} Это мера того, насколько легко тепло может передаваться от поверхности (корпуса) устройства к поверхности радиатора. .Из-за неровностей поверхностей корпуса TO-220 и основания радиатора, как правило, рекомендуется использовать термоинтерфейсный материал (TIM или «термопаста») между двумя поверхностями, чтобы обеспечить их полное сцепление с точки зрения теплового режима. . Это значительно улучшает передачу тепла от корпуса TO-220 к радиатору, но имеет связанный с этим термический импеданс, который необходимо учитывать.
Увеличенный чертеж поверхности к поверхности, показывающий необходимость в материале для термоинтерфейса (TIM)
Учет материалов для термоинтерфейса
Термоинтерфейсные материалы (TIM) обычно характеризуются своей теплопроводностью в ваттах на метр-градус Цельсия (Вт / (м ° C)) или ваттах на метр-кельвин (Вт / (м · К)).В этом примере градусы Цельсия и Кельвина являются взаимозаменяемыми, поскольку они оба используют одно и то же приращение измерения температуры, и рассчитывается повышение / понижение температуры (например, повышение температуры на 45 ° C эквивалентно повышению температуры на 45 K). ). Единица измерения метры присутствует, потому что импеданс TIM зависит от соотношения толщины (толщины материала TIM в метрах) по площади (площадь, на которую распространяется TIM в метрах ²) , что дает 1 / м (рассчитывается как м / м ² = 1 / м).В этом примере тонкий слой TIM будет нанесен на область металлических язычков корпуса TO-220. Вот конкретные свойства TIM и сведения о приложении, использованные в этом примере:
Теплопроводность
TIM («K»): 0,79 Вт / (м ° C) = 0,79 Вт / (м · K)
Область применения TIM: 112 мм ² = 0,000112 м ²
Толщина покрытия ТИМ: 0,04 мм = 0,00004 м
Тепловой импеданс TIM может быть рассчитан на основе свойств, перечисленных выше, с использованием следующего уравнения (обратите внимание на использование измерителей для согласованности единиц измерения):
R _{θ C-S} = ( Толщина / Площадь ) x (1/ Проводимость )
R _{θ C-S} = (0.00004 / 0,000112) х (1 / 0,79)
R _{θ C-S} = 0,45 C / W или 0,45 K / W
Выбор радиатора
Окончательный требуемый тепловой импеданс — это «сток-окружающая среда», обозначенный символом R _{θ S-A}. Это показатель того, насколько легко тепло может передаваться от основания радиатора к окружающему воздуху. Поставщики радиаторов, такие как устройства CUI, обычно предоставляют графики, подобные приведенному ниже, или точки данных, чтобы проиллюстрировать, насколько легко тепло может передаваться от радиатора в окружающий воздух при различных условиях воздушного потока и нагрузках.
График, показывающий типичное превышение температуры монтажной поверхности радиатора выше
окружающей среды. В этом примере предполагается, что установка работает в условиях естественной конвекции без какого-либо воздушного потока. Приведенный выше график можно использовать для расчета окончательного теплового сопротивления (от стока к окружающей среде) для этого конкретного радиатора. Повышение температуры поверхности выше температуры окружающей среды, деленное на рассеиваемое тепло, обеспечивает тепловое сопротивление в этих конкретных рабочих условиях. В этом примере рассеиваемое тепло равно 2.78 Вт, что приводит к повышению температуры поверхности выше 53 ° C. Разделив 53 ° C на 2,78 Вт, получаем тепловое сопротивление между стоком и окружающей средой 19,1 ° C / Вт (рассчитано как 53 ° C ÷ 2,78 Вт).
В предыдущих расчетах максимальное допустимое сопротивление между переходом и окружающим воздухом составляло 27 ° C / Вт. За вычетом импеданса переход-корпус (0,5 ° C / Вт) и импеданса корпуса-приемника (0,45 ° C / Вт) максимальный запас для радиатора составляет 26,05 ° C / Вт. (рассчитано как 27 ° C / Вт — 0,5 ° C / Вт — 0.45 ° C / Вт). Тепловое сопротивление 19,1 ° C / Вт для этого радиатора при предполагаемых условиях значительно ниже рассчитанного ранее допуска 26,05 ° C / Вт. Это приводит к более низкой температуре кремниевого перехода внутри корпуса TO-220 и большему запасу тепла в конструкции. Максимальную температуру перехода можно оценить, сложив все тепловые сопротивления, умножив их на количество Вт, рассеиваемых в переходе, и прибавив результат к максимальной температуре окружающей среды:
Расчетная температура перехода. = T _{Окружающая среда} + Вт x (R _θJ-C + R _{θ C-S} + R _{θ S-A})
Расчетная температура перехода. = 50 + 2,78 х (0,5 + 0,45 + 19,1)
Расчетная температура перехода. = 105,7 ° С
Важность радиаторов
Радиаторы являются важным элементом управления температурным режимом, как показано в этом примере. Без радиатора температура кремниевого перехода внутри корпуса TO-220 значительно превысила бы номинальный предел в 125 ° C.Процесс, используемый в этом примере, можно легко изменить и повторить, чтобы помочь разработчикам выбрать радиаторы надлежащего размера для множества различных приложений.
Основные выводы
Радиаторы являются важным элементом схемотехники, поскольку они обеспечивают эффективный путь передачи тепла в окружающий воздух и от электронных устройств.
Определение максимальной температуры окружающей среды и мощности, рассеиваемой внутри приложения, поможет оптимизировать выбор радиатора; не слишком мелкие, вызывающие выгорание, и не слишком большие траты денег.
Термоинтерфейсные материалы (TIM) играют важную роль в более эффективной и равномерной передаче тепла между двумя поверхностями.
После того, как параметры приложения были определены (например, температура окружающей среды, рассеиваемая мощность, пути теплового сопротивления и т. Д.), Функция Parametric Search от CUI Devices может помочь в поиске подходящего радиатора для работы.
электронная книга
Загрузить бесплатное полное руководство по управлению температурным режимом
Доступ сейчас
Дополнительные ресурсы
У вас есть комментарии к этому сообщению или темам, которые вы хотели бы, чтобы мы освещали в будущем?
Отправьте нам письмо по адресу cuiinsights @ cuidevices.ком
.

Почему греется транзистор во время нагрева эструдера или стола ?

Популярные вопросы

Почему греется электроника и как работают разные методы охлаждения — i2HARD

Основы тепловыделения

Откуда берется тепло

Как не допустить перегрева чипов

Как сделать еще холоднее

Заключение

Почему греются компоненты компьютера и зачем их нужно охлаждать | Технологии | Блог

Строительный кирпичик микроэлектроники

Как устроен транзистор

Переключения транзисторов

Мощность короткого замыкания

Ток утечки и ненулевое сопротивление сток-исток

Зачем и как бороться с высокими температурами

Как отводить тепло

Сильно греется строчный транзистор

Допустимая рабочая температура мощного кремниевого транзистора, современные допуски?

Греется выходной транзистор усилителя

Греется трансформатор на зарядном устройстве

Основные причины

Короткозамкнутый виток

Недостаточная нагрузка

Перегрузка

Сердечники

Заземляющие втулки

Регулирующая автоматика и система охлаждения

Как правильно предотвратить причину

Ток холостого хода

При зарядке

Опыт короткого замыкания

Особенности поведения импульсного трансформатора

В каких случаях трансформатор нагревается больше всего

MOSFET — почему этот переключающий транзистор нагревается?

Радиаторы для транзисторов

Зачем нужен радиатор?

Мощность радиатора

Почему термическое сопротивление?

Использовать транзистор в качестве нагревателя

радиатор в транзисторе | Цепь термического сопротивления

8.5: Использование теплоотвода — Разработка LibreTexts

8.5.1: Физические требования

8.5.2: Термическое сопротивление

Радиатор — Основы | СхемыTune

Как выбрать радиатор

Требуется ли радиатор?

Определение путей теплового импеданса

Учет материалов для термоинтерфейса

Выбор радиатора

Важность радиаторов

Основные выводы

Дополнительные ресурсы

alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики