روش محاسبه هیت سینک

شما اینجا هستید:
روش محاسبه هیت سینک
(95%) 4 امتیاز 4.8 ستاره

روش محاسبه هیت سینک

روش محاسبه هیت سینک

بسیاری از قطعات الکترونیکی، انرژی الکتریکی را به‌صورت گرما تلف می‌کنند. این گرما باید خیلی سریع از روی قطعه دفع گردد. در این صورت قطعه می‌تواند به‌درستی کار کند. برای این کار هیت سینک‌های متنوعی وجود دارد. اما چگونه هیت سینک مناسب را برای مدار خود انتخاب کنیم؟ روش محاسبه هیت سینک چگونه است؟

دیاگرام روش محاسبه هیت سینک

مقدمه

از قدیم گفته‌اند “هر جا که دود هست آتش هم هست”. اما بعد از به وجود آمدن علم الکترونیک باید گفت: “هر جا که الکترونیک هست، گرما هم هست.” وقتی جریان الکتریکی از قطعه ای عبور می کند، آن قطعه گرما تولید می کند. اگر این گرما از حد مجاز بیشتر گردد به قطعه آسیب می رسد. باعث می شود قطعه از حالت ایده آل خودش فاصله بگیرد. قابلیت اطمینان به این قطعه پایین می آید.

در مدارهای دیجیتال تغییر وضعیت سیگنال آنی انجام نمی شود. برای سوییچ کردن بین وضعیت های صفر و یک اندکی تاخیر لازم است. در این زمان اندک توانی تلف خواهد شد. این توان به صورت گرما ظاهر می شود.  اگر این گرما از حد مجاز بیشتر شود و آن را کنترل نکنیم، به قطعه آسیب می رسد. این کار با استفاده از هیت سینک امکان‌پذیر است. هیت سینک در اندازه‌های مختلف وجود دارد. روش های دیگری نیز برای خنک کردن وجود دارد مانند لوله‌های گرمایی، خنک‌کننده‌های پلتیر و مایع خنک‌کننده که در موارد خاص از آن‌ها استفاده می‌گردد. این روش ها مناسب مدارهای نمونه و آزمایشی نمی‌باشد.

محاسبات هیت سینک

محاسبات هیت سینک اغلب در مدارهای آنالوگ اهمیت دارند. مدارهایی مثل رگولاتورهای ولتاژ یا آی سی‌های تقویت‌کننده توان. در روش محاسبه هیت سینک در این مدارها شما باید بدانید چه میزان توان تلف‌شده خواهید داشت. و اینکه مدار شما به چه صورت داخل جعبه قرارگرفته است و محدودیت‌های ابعادی آن مشخص باشد. روش محاسبه هیت سینک بسیار ساده است.

انتقال گرما مثل انتقال جریان الکتریکی هست. انتقال حرارت به‌وسیله مقاومت حرارتی و جریان گرمایی قابل‌ اندازه‌گیری است. یک  نیمه‌هادی مانند یک منبع گرمایی عمل می‌کند که میزان مشخصی گرما تولید می‌کند. دیفرانسیل حرارتی اختلاف دمای دو سر مقاومت‌های حرارتی است که به‌صورت سری قرارگرفته‌اند. شکل بالا نمونه‌ای از یک مدار حرارتی را نشان می‌دهد. اولین گره حرارتی Junction یا همان نقطه اتصال نیمه‌هادی هست و آخرین گره حرارتی نیز Ambient یا دمای محیط است.

انواع مقاومت های حرارتی

  •  اولین مقاومت حرارتی بین نقطه اتصال نیمه‌هادی (Junction) و پکیج قطعه که mounting base یا در برخی مراجع case نامیده می‌شود قرارگرفته است.
  • مقاومت حرارتی بعدی (Rth mb-h) مربوط به قطعه‌ای است که بین نیمه‌هادی و هیت سینک قرار می‌گیرد. مقدار مقاومت آن به جنس موادی بستگی دارد که مورداستفاده قرار می‌گیرد. موادی مثل عایق‌های حرارتی (عایق سیلیکونی) یا چسب‌های حرارتی اغلب مورداستفاده قرار می‌گیرند. سطح بدنه قطعه و هیت سینک کاملا یکنواخت نیستند. و پستی و بلندی هایی دارد که نمی گذارد سطح تماس قطعه و هیت سینک یکنواخت باشد. در صورتی که از عایق یا واشر سیلیکونی استفاده نشود مقدار مقاومت حرارتی زیاد می شود.
  •    آخرین مقاومت حرارتی (Rth h-a) مربوط به مقاومت بین هیت سینک و محیط (اغلب هوا) می باشد

در این مدار همچنین منبع گرمای P را مشاهده می‌کنید که با عبور جریان الکتریکی از نیمه‌هادی ایجاد می‌گردد.

 

مقاومت حرارتی  اغلب در دیتاشیت تولیدکننده قطعه مشخص‌شده است. همچنین شما در این روش محاسبه هیت سینک به حداکثر مقدار گرمای نقطه اتصال یا  نیاز دارید. این مقدار در دیتاشیت قطعه مشخص‌شده است. در عمل دمای نقطه Junction هیچ‌وقت نباید  از مقدار گفته‌شده در دیتاشیت بیشتر گردد در غیر این صورت قطعه آسیب می‌بیند.

قطعات جانبی هیت سینک

مقدار مقاومت حرارتی هیت سینک با توجه به نحوه نصب قطعه، متفاوت است. اگر قطعه مستقیم بر روی هیت سینک نصب‌شده باشد این مقدار کوچک است. اگر از چسب حرارتی برای اتصال قطعه به هیت سینک نیز استفاده گردد، این مقدار کمتر نیز خواهد شد. در مواردی که نیاز است اتصال قطعه به هیت سینک عایق گردد مثل جاهایی که ولتاژ بالایی وجود دارد می‌توانیم از عایق‌های حرارتی مثل واشر سیلیکونی استفاده کنیم. همچنین برای عایق کردن این اتصال می‌توان هیت سینک از جنس آلومینیوم را اکسید کرد ( که به آن آلومینا یا آنودایز نیز می‌گویند) . تولیدکنندگان این قطعات نیز مقدار مقاومت حرارتی قطعات خود را اعلام می‌کنند.

نکته های بسیار مهم!

نکته ۱: مقاومت حرارتی هیت سینک آنودایز شده (هیت سینک‌های رنگی اکسیدشده) تقریباً ۱۰ درصد کمتر از هیت سینک‌های معمولی هست.

نکته ۲: اگر پره‌های هیت سینک به‌جای عمودی به‌صورت افقی نصب گردد، به‌راحتی مقاومت حرارتی آن حدود ۲۰ تا ۴۰ درصد بیشتر می‌گردد.

نکته ۳: وقتی هیت سینک داخل جعبه نصب می‌گردد، جریان هوا به میزان قابل‌توجهی کاهش می‌یابد، در این صورت نباید از افزایش مقاومت حرارتی مؤثر گلایه کرد. ولی برای مقابله با آن می‌توان از فن استفاده کرد.

استانداردها

قبل از اینکه نگران روش محاسبه هیت سینک شوید ابتدا، حداکثر توان تلف‌شده قطعه خود را محاسبه یا اندازه‌گیری کنید. بعدازاینکه توان تلفاتی مشخص شد. حالا باید حداکثر دمای مجاز روی قطعه را به دست بیاوریم. در دیتاشیت قطعه به‌صورت حداکثر دمای مجاز مشخص‌شده است.

ولی مراقب باشید: در روش محاسبه هیت سینک خود هیچ‌وقت از این مقدار استفاده نکنید چون قطعه قبل از اینکه این دما را ملاقات کند، می‌سوزد.

  • طبق استانداردهای ناسا، دمای اتصال هرگز نباید بیشتر از ۱۱۰ درجه سانتی گراد گردد.
  • طبق استانداردهای نظامی آمریکا، دمای اتصال را باید ۸۰ درصد حداکثر مقدار در نظر گرفت و این مقدار هرگز نباید بیشتر از ۱۰۵ درجه سانتی گراد گردد.

حالا اگر دمای اتصال ۱۱۰ درجه باشد، و دمای محیط ۴۰ درجه سانتی گراد باشد درنتیجه، حداکثر دمای ۷۰ درجه از اتصال تا محیط را می‌توانیم به ازای توان تلف‌شده P داشته باشیم.

فرض کنید توان P برابر ۵ وات باشد

درنتیجه نباید مجموع مقاومت حرارتی‌های شکل بالا از ۱۴ (۷۰ درجه سانتی گراد تقسیم بر ۵ وات) بیشتر گردد.

حالا اگر مقاومت حرارتی اتصال تا بدنه برابر ۵ درجه سانتی‌گراد بر وات باشد و با فرض عدم استفاده از عایق سیلیکونی (اگر هم استفاده کردید مقاومت حرارتی آن حدوداً بین ۰٫۱ تا ۰٫۲ هست) ، حداکثر مقاومت حرارتی هیت سینک برابر ۹ درجه‌ سانتی‌گراد بر وات خواهد بود.

 الان دیگر می‌توانید نگران ابعاد هیت سینک خود باشید البته اگر در ادامه با ما همراه باشید، بازهم جای نگرانی نیست!

به دلیل اینکه روش محاسبه هیت سینک را به گونه ای پیشنهاد می دهیم که اگر اطلاعاتی راجع به هیت سینک نداشتید بتوانید، مقاومت حرارتی آن را حساب کنید

برای سرعت بیشتر می توانید از ابزار محاسبه آنلاین هیت سینک آلپاویت استفاده کنید

نظر شما ارزشمند است ، حتی اگر کوتاه باشد

برچسب ها:
کانال

جهت اطلاع از آخرین اخبار و محصولات مارا در تلگرام دنبال کنید

جهت اطلاع از آخرین اخبار و محصولات مارا در اینستاگرام دنبال کنید

65

تعداد محصولات منتشر شده

5

تعداد مطالب و مقاله ها

4

تعداد کاربران عضو شده

0

تعداد نظرات تایید شده