Come sapere se hai bisogno di un dissipatore di calore. (A parte il dito bruciato).

Questo è ben trattato nei libri di testo e nei corsi di ingegneria. E siti web come questo.

In breve:

Conosci la dissipazione di potenza e la temperatura ambiente in cui vive. Diciamo, 1W e 40C.

Sei tu a decidere a quale temperatura limitare la giunzione: sotto i 100 ° C, diciamo 90 ° C per un margine di sicurezza.

Dalla resistenza termica Junction-Case (10C / W) e dalla potenza (1W), che fornisce una temperatura del case di 80 ° C (o 40 ° C sopra la temperatura ambiente).

Il che significa che abbiamo bisogno di 40C / watt tra il case e l'aria.
(Se la cifra 62K / W è corretta per un pacchetto SOT32 ... google it ... hai bisogno di un dissipatore di calore.

Quindi cerchiamo un dissipatore di calore con 40C / watt o superiore, resistenza termica.

(Questo è leggermente semplificato per illustrare il principio, ma abbastanza buono per questa applicazione. Per un budget termico più dettagliato, vedere ad esempio il sito web sopra)

I danni possono richiedere da microsecondi a anni, a seconda del grado di surriscaldamento.

Non ho mai visto nessun pacchetto avvicinarsi da remoto a 10K / W senza un dissipatore di calore.Di solito è più simile a 62K / W, anche per un pacchetto di grandi dimensioni.Pacchetti più piccoli come SOIC possono essere il doppio e SOT possono essere quattro volte tanto e non cambia molto con superfici metalliche più esposte.Devi montare dei dissipatori di calore per utilizzare queste superfici.

Devi leggere i pedici e la stampa fine nella scheda tecnica.10K / W è la resistenza termica giunzione-custodia e viene utilizzata nei calcoli del dissipatore di calore.La giunzione all'ambiente è ciò che è importante se non si utilizza un dissipatore di calore.

Quanto sarebbe più facile la vita se potessimo ottenere numeri a partire da 10K / W giunzione-ambiente.

I 10 ° C / W nella tua scheda tecnica sono dalla giunzione al case. Per un transistor sospeso in aria senza dissipatore di calore, la resistenza termica dalla custodia all'ambiente sarà generalmente molto più alta della resistenza termica dalla giunzione alla custodia.

Sfortunatamente la scheda tecnica per il tuo particolare transistor non parla della resistenza termica dalla giunzione all'ambiente, o dal caso all'ambiente, ma seleziona un altro transistor nello stesso stile del case ( http://www.farnell.com /datasheets/43630.pdf) suggerisce che la giunzione alla resistenza termica ambiente sarà di circa 100 ° C / W

Quindi, se la tua temperatura ambiente è di 30 ° C e stai dissipando 1 W, la temperatura di giunzione dovrebbe essere di circa 130 ° C e la temperatura del case di circa 120 ° C

Che è piuttosto caldo, ma rientra nella temperatura di giunzione massima di 150 ° C del tuo transistor.

P.S. Anche con un dissipatore di calore è generalmente poco pratico raggiungere effettivamente la potenza nominale di un transistor. Con il tuo transistor che raggiunge il valore nominale è necessaria una temperatura della cassa di 25 ° C, il che è estremamente poco pratico.

Risposta da seguire nel commento:

Sono molto confuso come faccio a sapere se ho bisogno del dissipatore di calore? :(

presumi qualcosa tra ~ 5 W / (m ^ 2 K) conduttanza termica per essere sul lato sicuro (rispettivamente per favore cercalo in un manuale di ingegneria termica per il lato non sicuro e in generale).Dovrebbe essere specificato con le alette di raffreddamento che si acquistano.

Quindi una superficie di raffreddamento di 100 cm ^ 2 avrà .05 W / K -> 20 K DeltaT per W

Mi piacerebbe vedere alcuni condensatori di bypass e condensatori di filtro sugli ingressi, uscite e linee di controllo.Potresti avere alcune oscillazioni indesiderate in corso forse RF di cui non sei a conoscenza.Ciò aumenterebbe notevolmente la potenza dissipata dai transistor.

I termometri IR sono facilmente ingannati dalle superfici riflettenti.Usa nastro nero o vernice nera opaca o un termometro a contatto.Le superfici nere opache dovrebbero far sì che il termometro IR si trovi entro il 5%.Usa un oscilloscopio per verificare le oscillazioni e aggiungi il bypass perché la sonda dell'oscilloscopio potrebbe essere sufficiente per eliminare le oscillazioni che stai cercando.

Quale potrebbe essere la ragione per cui questo transistor si surriscalda inaspettatamente?

Mathematical Reason = V * I * Rca = Trise [Rca = 'C / W of case]
(Legge di potenza * Resistenza termica, ambiente case Rca)

Gli ingegneri devono imparare quali sono i fattori di resistenza termodinamica e conseguente aumento di temperatura e velocità del flusso d'aria che influiscono su questo. (da 0 a 5 m / s)

Ad esempio, un resistore con conduttori da 1/4 W che dissipa 1 / 4W a una temperatura ambiente di 25 ° C salirà a ___ quale temperatura? (hint: curva di riduzione della temperatura di ricerca nella scheda tecnica)

Ci sono rules of thumb da ricordare, e quando brucerai il dito da 1 / 4W, forse non lo dimenticherai mai. ;)

1) Considera 2 pollici quadrati (6 cm ^ 2) di superficie metallica per watt o 1 pollice quadrato. Dissipazione del calore in Cu a doppia faccia o dissipatore di calore alettato ad alta densità per semiconduttori, per un aumento di 40 ° C oltre i 40 ° C ambiente. Ma i resistori possono surriscaldarsi.

2) Scegli un dissipatore di calore classificato per più del 50% dell'alimentazione per motivi di efficienza.

3) Considera progetti più efficienti in futuro.

4) Capire cosa è necessario per l'isolamento elettrico, se necessario

In ingegneria è importante imparare ad avere un'idea delle proporzioni. Se vai nel tuo negozio di componenti elettronici preferito e guardi alcuni dissipatori di calore, imparerai rapidamente cosa significa effettivamente 10 K / W per quanto riguarda l'aria ambiente. Ad esempio, https://www.conrad.nl/p/fischer-elektronik-ick-pga-14-x-14-x-14-koellichaam-96-kw-lxbxh-35-x-35-x -14-mm-181177 è un dissipatore di calore da 9,6 K / W, che misura 35x35x14 mm, molto più grande del tuo transistor nudo.

Ciò che questo ti dice è che è facile trasferire un po 'di calore in eccesso attraverso 1 mm di una piastra metallica (substrato del transistor) ma molto più difficile trasferirlo nell'aria ambiente. L'aria è piuttosto un isolante termico, a meno che non si muova, da qui le ventole.

Tornando alla tua domanda, avrai bisogno di alette piuttosto grandi anche solo per 1 pessimo watt di calore, se hai a che fare con cose che non sopportano le alte temperature. Caso in questione, una lampada da 1 W (lampadina) non è un grosso problema perché può gestire centinaia di C. La classica lampada anteriore per bicicletta era 2,5 W. Ma un led da 1 W necessita di un serio raffreddamento, proprio come il tuo transistor.

Sorprendentemente nessuno ha rilevato il tuo errore di calcolo di base.Dici che VCE è 4,5 V, quindi dici che IC è 170 mA?Eppure hai un resistore da 2,5 ohm con 4,5 V su di esso?