АНАЛИЗ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Электротехника
  • Элементы электрических цепей
  • Схемы замещения источников
    электрической энергии
  • Анализ цепи переменного тока
     и входящих в нее элементов
  • Параллельное соединение резистивного
    и индуктивного элементов
  • Машины постоянного и переменного тока
  • Принцип действия асинхронного
    и синхронного двигателей
  • Принцип действия машин постоянного тока
  • Трансформаторы и электромагнитные устройства
  • Трансформатор
  • ПРИВЕДЕННЫЙ ТРАНСФОРМАТОР
  • ВЕКТОРНАЯ ДИАГРАММА ТРАНСФОРМАТОРОВ
  • ТРЕХФАЗНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
  • СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ
  • Машины переменного тока
  •  Электрические машины разделяются
    на генераторы и электродвигатели
  • Коллекторные двигатели переменного тока
  • Разборка и сборка электродвигателя
    постоянного тока
  • Выполнению ремонтных работ
  • Электроника
  • Электрические и электронные аппараты
    и устройства
  • Некоторые лампы СВЧ диапазона
  • Полупроводниковые диоды
  • Тиристоры.
  • Выпрямители и инверторы промышленной частоты
  • Электронные усилители
  • Обратная связь в усилителях
  • Катодный и эмиттерный повторители
  • Усилители мощности
  • Повторитель напряжения
  • Шумы в усилителях
  • Генераторы электрических колебаний
  • RC-генераторы
  • Ждущий мультивибратор
  • Мультивибратор на ОУ
  • Цифровые электронные устройства
  • Реализация сложных логических функций
    на интегральных микросхемах
  • Последовательные цифровые устройства
  • Счётчик
  • Регистр
  • Комбинационное цифровое устройство
  •  Сумматоры
  • Импульсные генераторы
    на цифровых микросхемах
  • Охлаждение полупроводниковых приборов
  • Способы охлаждения полупроводниковых
    приборов
  • Воздушное, естественное
    и принудительное охлаждение
  • Системы охлаждения силовых модулей
  • Основные методы охлаждения
  • Расчет параметров охладителей
  • Выбор охладителя
  • Дискретные приборы
  •  

    Выбор охладителя

    При выборе охладителя, удовлетворяющего требуемым критериям, необходимо исследовать переменные параметры, которые описывают не только свойства самого охладителя, но и характеристики окружающей его системы.

    Наиболее важно то, что у любого охладителя никогда не может быть единственной величины теплового сопротивления, так как тепловое сопротивление изменяется с внешними условиями окружающей среды.

    Выбирая охладитель, необходимо классифицировать воздушный поток, как:

    • естественная конвекция;

    • режим принудительного силового потока;

    • смешанный поток.

    выбор табл2Подпись: Таблица 1.6. Диапазон объемных тепловых сопротивленийЕстественная конвекция происходит, когда нет внешних, индуцированных потоков и тепло передается исключительно свободным потоком воздуха, окружающим охладитель. Силовой поток имеет место, когда поток воздуха генерируется механическим устройством, обычно вентилятором. Как правило, считается, что смешанный поток определяется скоростью потока в пределах 1–2 м/с или 200–400 л/мин.

    Следующий шаг — определение требуемого объема охладителя. В таблице 2 приведен приблизительный диапазон объемного теплового сопротивления для различных воздушных потоков.

    Объем охладителя для конкретного типа конвекции может быть получен путем деления величины объемного теплового сопротивления на рекомендуемое тепловое сопротивление охладителя. Цифры в таблице 1.6. служат лишь для прикидочных расчетов на первой стадии выбора размера охладителя.

    Принимая во внимание данные таблицы 1.6., предполагаем, что конструкция охладителя оптимизирована для этого типа воздушного потока. Несмотря на то, что многие параметры охладителя довольно просто оптимизируются, существует целый ряд критических параметров, существенно влияющих на свойства охлаждающей системы. Один из таких параметров — плотность оребрения охладителя. В охладителях с плоскими ребрами интервал между ними строго зависит от двух величин: скорости потока и длины ребра в направлении потока. Таблицу 1.7. можно применить для приблизительной оценки оптимального шага ребра для таких охладителей в типовых применениях.

    Охлаждающая способность типового охладителя пропорциональна его ширине в направлении, перпендикулярном потоку воздуха, и примерно пропорциональна площади основания охладителя в направлении, параллельном потоку. Таким образом, если возможно, предпочтительнее идти по пути увеличения ширины охладителя, чем его длины. Кроме того, для усиления теплообмена поверхность охладителя необходимо анодировать.

    Все охладители могут быть классифицированы по способу изготовления и форме ребер. Основные типы охладителей для силовых применений изготавливаются с использованием самых современных технологий.

    График тепловых характеристик

    Подпись: 1.22. Графики тепловых характеристик типовых охладителей.выбор рис3Типовые характеристики вышеописанных охладителей показаны на рис. 1.22. При этом предполагается, что охлаждаемый компонент должным образом смонтирован на охладителе, а сам охладитель правильно ориентирован: ребра размещены параллельно направлению конвекции. Кривая (a) показывает зависимость превышения температуры охладителя ΔTsa от интенсивности теплового рассеяния Q для естественной конвекции. Кривая (a) также предполагает, что охладитель анодирован. Кривая (b) показывает зависимость теплового сопротивления Rca от скорости потока воздуха для принудительного охлаждения. В режиме принудительного потока ΔTsa прямо пропорциональна Q, следовательно, Rca не зависит от Q и является функцией только скорости потока. Напротив, явление естественной конвекции есть функция нелинейная, при которой непременно ΔTsa зависит от Q. Можно использовать данные графики, чтобы выбрать подходящий охладитель, а для приложений с принудительной вентиляцией определить минимальную скорость потока, которая бы удовлетворяла температурным требованиям. Если требуемое температурное сопротивление в случае принудительного охлаждения составляет, например, 8 °C/Вт, по кривой (b) получаем величину скорости потока 470 л/мин (2,4 м/с). Для естественной конвекции требуемое тепловое сопротивление Rca, помноженное на Q, даст максимально возможное ΔTsa при том же самом Q.

    Существуют теоретические исследования эффекта байпаса, на основании которых можно считать, что характеристики охладителей могут ухудшиться вплоть до 50% при одинаковой скорости противопотока.

    Когда размеры компонента существенно меньше, чем основание охладителя, необходимо учитывать при расчетах добавленное тепловое сопротивление, называемое объемным (распределенным) тепловым сопротивлением. Графики (а) и (б) предполагают, что тепло равномерно распределяется по всему основанию охладителя. Такое объемное тепловое сопротивление может составлять от 5 до 30% общего теплового сопротивления охладителя.

    Другой конструктивный критерий, который необходимо учитывать при выборе охладителя,— это высота над уровнем моря. Так, многие электронные системы, установленные существенно выше уровня моря, требуют снижения электрической нагрузки на охладитель, главным образом вследствие уменьшения плотности воздуха на больших высотах.

    Таблица 1.9. показывает зависимость коэффициента уменьшения мощности (кw ) для типовых охладителей для разной высоты над уровнем моря (Hs). Чтобы определить реальные тепловые свойства охладителя, необходимо разделить на кw.

    Подпись: Таблица 1.9. Коэфициент снижения мощности в зависимости от высоты над уровнем моря.

    выбор рис5

    Российская база силовой электроники

    Развитие силовых полупроводниковых приборов (СПП) в России определяется состоянием отечественного рынка преобразовательной техники, а также мировыми тенденциями развития силовой электроники. По-прежнему востребованы стандартные биполярные приборы (диоды, тиристоры, динисторы, триаки и др.). Они составляют основу отечественного преобразовательного оборудования, применяемого в таких областях, как электроэнергетика, транспорт, машиностроение, металлургия, нефте и газодобыча, стройиндустрия, крупные коммунальные объекты, военная техника и др.

    Вместе с тем за последние годы на основе полностью управляемых ключей (IGBT, GCT, IGCT, SIT и др.) созданы и эксплуатируются современные преобразователи, обеспечивающие наиболее качественное преобразование электроэнергии при минимальных потерях и материальных затратах. Рынок этих приборов, в первую очередь IGBT-модулей, является сегодня самым динамичным, причем его расширение происходит как за счет новых областей применения (медицинская и бытовая техника, ветроэнергетика, радиолокация и др.), так и за счет распространения в те сферы, где традиционно использовались мощные тиристоры. Причем GCT и IGCT уже сегодня достигли предельных коммутируемых мощностей (6000 А/8000 В), характерных для SCR, а IGBT приближаются к ним (3600 А/6500 В).

    Реализация сложных логических функций на интегральных микросхемах