Тепловой режим силовых полупроводниковых приборов

Выделяемая в полупроводниковом кристалле электрическая мощность рассеивается в виде тепла, которое должно быть отведено в окружающую среду. Поток тепла от выделившейся мощности можно представить в виде:

, (1.1)

где h – коэффициент теплопередачи;

A – площадь сечения канала отвода тепла;

ΔT – разность температур кристалла и окружающей среды.

Канал отвода тепла от кристалла в окружающую среду состоит из следующих слоёв: термокомпенсаторы, прокладки, корпус и охладитель.

Каждый из этих слоёв обладает своей характеристикой теплопередачи и оказывает сопротивление отводу тепла. Такое сопротивление называется тепловым .

[] (1.2)

Выделяют три тепловых сопротивления:

1. кристалл – корпус .

2. корпус – охладитель .

3. охладитель – окружающая среда .

Таким образом, полное тепловое сопротивление составит:

(1.3)

Для повышения надёжности работы полупроводникового прибора следует уменьшать тепловое сопротивление в канале отвода тепла: между корпусом и охладителем – применением теплопроводящей пасты, а между охладителем и окружающей средой – увеличением площади поверхности охладителя (ребристой) и чернением его поверхности.

В качестве охладителей применяют ребристые алюминиевые радиаторы (рис. 1.6).

а)	б)

Рис. 1.6. Внешний вид охладителей: а – для диодов и тиристоров штыревой конструкции, б – для таблеточной

Охладители серии OA изготовлены на основе литых или прессованных профилей. Электрический и тепловой контакт штыревого корпуса прибора с охладителем обеспечивается посредством резьбового соединения. Для приборов таблеточного исполнения используется прижимное устройство.

Для охладителей существуют следующие условные обозначения. По ГОСТ 15150-69 обозначение ОА-18 означает, что это О – охладитель, А – алюминиевый, 18 – диаметр резьбы в мм для хвостовика штыревого корпуса диода или тиристора.

Новая редакция ГОСТ 25293-82 установила унифицированное обозначение охладителей для силовых полупроводниковых приборов.

Первый элемент – буква. О – охладитель воздушной системы.

Второй элемент – цифра. Порядковый номер модификации конструкции.

Третий элемент – цифра от 1 до 9. Условное обозначение размера (диаметра отверстия под монтажный винт прибора или диаметра контактной поверхности, или диаметра окружности расположения отверстий для монтажа)

Четвёртый элемент - цифра, указывающая, для какого типа корпуса предназначен охладитель. 1 – корпус штыревой конструкции, 3 – таблеточной.

Пятый элемент – цифры, обозначающие длину охладителя в мм.

Шестой элемент – буквы и цифры, обозначающие климатическое исполнение охладителя.

Пример О131-60У2. Охладитель для силового полупроводникового прибора с корпусом штыревой конструкции, длина охладителя 60 мм, климатическое исполнение У2 (вторая модификация для умеренного климата).

Тепловое сопротивление охладителя зависит от его геометрических размеров и определяется по формуле:

, (1.4)

где λ – коэффициент теплопроводности Вт/ºК·см, для алюминия l_Al = 2,08 Вт/ºК·см;

W – толщина пластины в см;

A – площадь поверхности в см²;

c – коэффициент, учитывающий расположение и цвет рёбер.

составляет около 70% от общего . Если охладитель принудительно обдувать потоком воздуха, можно существенно снизить .

В таблице 1.2 представлены характеристики некоторых типов охладителей при различных условиях охлаждения потоком воздуха.

Таблица 1.2

Характеристики охладителей

Тип охладителя	О243-150	О353-150	О173-200
Масса, кг	5.8	5.7
Охлаждение потоком воздуха	Тепловое сопротивление ºС /Вт
Естественное	0,28	0,34	0,15
V=6м/с	0,08	0,095	0,045