Soğutucu Hesabı

[gofe]

Arkadaşlar kullanılması gereken soğutucunun hesabını yapmak istiyorum beceremedim bilen bilgisi olan öğretebilir yardım edebilirse sevinirim.

[grajuva]

Soğutucu nasıl seçilir?
Soğutucu seçme işleminden önce yarı iletkendeki ısı akışını anlamak ve bu çerçevede Termal Devre (Termal Direnç) ve gerekli parametreleri analiz etmek gerekir.

İki nokta arasındaki ısı transferi sıcaklık ve güç cinsinden şu şekilde ifade edilir:

R = AT / Q
Burada;

AT : İki nokta arasındaki sıcaklık farkı
R : Termal direnç (C/W)
Şekil 1 Bir yarı iletkenin ve soğutucunun çevre ortamı ile ısı ilişkisini göstermektedir. Şekilde gördüğümüz ifadeleri ve ihtiyacımız olacak birkaç parametreyi tanımlarsak;

Q : Güç
TJ : Maksimum Jonksiyon Sıcaklıgı
TC : Maksimum Kılıf Sıcaklığı
TS : Maksimum Soğutucu Sıcaklığı
TAmb : Çevre Sıcaklığı
RSA : Soğutucu - Çevre arası termal direnç
RCS : Kılıf - Soğutucu arası termal direnç
RJC : Jonksiyon - Kılıf arası termal direnç



Şekil 1: Termal Direnç Devresi
Yukarıdaki şekilde görülen tüm Termal dirençleri toplarsak ve adına da RJA (Jonksiyon - Çevre Termal direnci) dersek;

RJA = RJC + RCS + RSA
Buna göre;

TJA = TJ - TAmb
TJA = Q * RJA
ve burdan;

RJA = (TJ - TAmb) / Q
olarak bulunur. Burada dikkat edilmesi gereken nokta;

TJ = TJ(max)
yani transistörün yongasının katalog da verilen en yüksek değerinin aşılmamasıdır. Bu durumda eşitlik şu şekilde düzenlenmelidir;

RJA <= (TJ(max) - TAmb) / Ptot



Şekil 2: Thermal Resistance Circuit
Eğer transistör gövdesi ile soğutucu arasında bir yalıtkan, örneğin mika pul kullanılırsa, o zaman RCS değeri 0.2oC/W ile 0.5oC/W arasında değişir. Aynı zamanda çeşitli maddelerden yapılmış olan soğutucular yapıldıkları malzemeye göre farklı özellikler gösterir. Alüminyum diğerlerine göre en ucuz çözümdür.

Son aşamaya gelirsek;

Yukarıdaki özellikler kullanılarak kullanılacak soğutucunun alanı bulunur. Hesaplanan alan soğutucunun kullanım biçimine göre yani dikey yada yatay olmasına göre değişir. Dikey kullanım alanları yatay kulanım alanına göre daha azdır. Bunun nedeni dikey durumdaki soğutucularda hava akımının daha iyi olmasıdır.

Şimdi örnek hesaplamalar yapalım. Transistörlü bir çıkış devresinde;

RJC = 1oC/W
RCS = 0.5oC/W (mika pul yalıtkan)
RSA = 2.5oC/W (dikey durumlar için)
TAmb = 175oC
TAmb = 30oC
Eğer yukarıdaki eşitlikler geçerliyse, çıkış devresindeki maximum güç Ptot ne olmalıdır?

Ptot <= (TJ(max) - TAmb) / RJA
RJA = RJC(max) + RCS) + RSA
RJA = 1 + 0.5 + 2.5
RJA = 4oC/W
Ptot = (175 - 30) / 4
Ptot = 36.25W
Şimdi aşağıdaki tablodan yararlanarak soğutucunun bir yüzünün alanını bulalım.



Şekil 3: C/W vs. Soğutucunun bir yüzünün alanı
2,5oC/W ye karşılık gelen bir yüzün alanı;

Düşey durumda 60 inch2 ya da 387 cm2;
Dikey durumda 70 inch2 ya da 452 cm2;
Yukarıdaki değerler soğutucunun bir yüzünün alanı olduğu için toplam alan;

Düşey durumda 120 inch2 ya da 774 cm2;
Dikey durumda 140 inch2 ya da 903 cm2;
olarak bulunur. Burada bulduğumuz soğutucu levha halindeki bir alüminyum plakadır. Buna çeşitli şekiller vererek devre üzerine uyumlu hale getirebilirz.

KAYNAK: http://www.sarnikon.com/tech.php

[gofe]

Arkadaşım tem teşekkür ederim ben bu dökümanı inceledim laki burda anlaşılamayan şeyler olduğu için başka kaynak arıyorum.

Kaynak bilgide ptot hesaplanmış o kısma kadar herşey normal sonra birden yüzey hesabına geçilmiş ama ptot değeri hiç kullanılmamış 2.5c/w değeri ile hesap devam edivermiş. Anlaşılmıyor.

[grajuva]

Ptot değeri soğucu üzerinde ısıya dönüşecek toplam güç değeridir, sadece bilgilendirme amaçlıdır.
Soğucu kataloglarında 2,5 °C/W gibi değerler olur, bu değer 1 W lık gücün soğutucu ürerinde 2,5 °C ısı artışı olacağı anlamına gelmektedir.
Soğutucu kataloğunda bu değer mevcut ise doğrudan seçim yapabilirsiniz. Eğer elinizde bulunan soğucunun datalarını bilmiyorsanız yüzey hesabı yaparak kaç °C/W denk geldiğini tablodan görebilirsiniz.

[gofe]

biraz kalın kafalıyım hala çözemedim işi. bir örnek mümkün mü?
mesela 100 watlık bir gücüm var, elimdeki soğutucunun da hiç bir datası yok ne yapacağım?

[xenix]

Elindeki soğutucuya 100W gücü ver (dirençle veya kendi yükünle) yarım saat falan sonra soğutucunun sıcaklığını ölç, bir de odanın hava sıcaklığını ölç. (sıcaklık farkı)/güç sana soğutucunun C°/W cinsinden termal direncini verecektir.

Not: Deniz seviyesinden itibaren her 1000 metrede bir termal direnç %10 artar.

[grajuva]

biraz kalın kafalıyım hala çözemedim işi. bir örnek mümkün mü?
mesela 100 watlık bir gücüm var, elimdeki soğutucunun da hiç bir datası yok ne yapacağım?

tç = Çevre sıcaklığı (°C)
tk = Kılıf sıcaklığı (°C)
P = Cihazın harcadığı max. güç (Watt)  
Rth = Termal direnç (K/W)
RthG = Yarı iletken elemanın iç termal direnci (imalatçı firma tarafından belirtilir)
RthM = Montaj yüzeyinin termal direnci (yarı iletken elemanla, soğutucu profil arasındaki bölgenin termal direnci)  

Soğutulacak yarı iletkenin IXFH15N100 olduğunu düşünelim.
tç = 30°C
tk = 150 °C
P = 100W
Rth = X
RthG = 0,35
RthM = 0,25



Rth=((150-30)/100)-(0,35+0,25)
Rth=0,6 K/W
Kullanacağınız soğutucunun termal direnci Rth=0,6 K/W olmalıdır


Eğer bir soğutucu profil üzerine birden fazla sayıda yarı iletken eleman peşpeşe bağlanmışsa (RthGM) değeri aşağıdaki eşitlikle tespit edilir.

[gofe]

Çok teşekkür ediyorum,
şimdi rth 0,6 k/w  bulduk
peki sonra ?gerekli alan hesabını nasıl yapıcaz?

[grajuva]

Çok teşekkür ediyorum,
şimdi rth 0,6 k/w  bulduk
peki sonra ?gerekli alan hesabını nasıl yapıcaz?

Soğucu üreten firmalar hesaplamış olduğunuz bu değeri katalog verisi olarak veriyorlar.
Soğutucu üreten firmalardan veya  web sitelerinde var ise ordan bakabilirsiniz.

http://www.aavidthermalloy.com/