ترانزیستورهای قدرت و انتقال حرارت

ترانزیستورها بلوک های سازنده وسایل الکترونیکی هستند و می توان آنها را در رادیوها، کامپیوترها و ماشین حساب ها پیدا کرد. هنگام کار با سیستم های الکتریکی، معمولاً باید با انتقال حرارت سر و کار داشته باشید. گرمایش الکتریکی اغلب نتیجه ناخواسته هدایت جریان است. آیا نصب هیت سینک برای خنک نگه داشتن ترانزیستور ضروری است یا می تواند بدون آن کار کند؟ بیایید نگاهی به ترانزیستورهای قدرت از دیدگاه انتقال حرارت بیندازیم.

ترانزیستورهای قدرت چیست؟

ترانزیستورها دستگاه های نیمه هادی هستند که برای تعویض یا تقویت سیگنال های الکترونیکی استفاده می شوند. انواع مختلفی از ترانزیستورها وجود دارد که بسته به نوع بسته بندی آنها، اندازه آنها متفاوت است. ترانزیستورهای قدرت توان بیشتری را حمل و دفع می کنند و بنابراین در بسته های بزرگتر عرضه می شوند. این بسته ها را می توان به یک هیت سینک برای خنک سازی بهتر و جلوگیری از گرم شدن بیش از حد سیستم متصل کرد.

معمولاً ترانزیستورها را در بردهای مدار مجتمع (همانطور که در تصاویر زیر مشاهده می کنید) پیدا خواهید کرد، اگرچه می توان آنها را به صورت جداگانه نیز بسته بندی کرد.

هندسه مدل ترانزیستور قدرت نصب شده بر روی تخته مدار با استفاده از فناوری سوراخ عبوری. لحیم قلع و سرب در سوراخ ها پشتیبانی مکانیکی و تماس الکترونیکی بین مسیرهای مسی و پین های ترانزیستور را فراهم می کند. برد مدار از FR4 ساخته شده است که یک ماده معمولی تخته مدار است.

مدلسازی توزیع دمای یک ترانزیستور قدرت

همانطور که در بالا ذکر کردم، ترانزیستورهای قدرت را می توان به یک هیت سینک متصل کرد تا گرما را دفع کند. سپس هیت سینک از طریق صفحه مسی واقع در پشت قطعه سرامیکی (نشان داده شده در بالا به سمت چپ) به ترانزیستور متصل می شود. در حالی که اغلب مهم است که راهی برای خنک کردن سیستم‌های الکترونیکی ایجاد کنیم، مانند اجزای خودروهای هیبریدی ، هر سیستم محدوده دمای عملکرد قابل قبول خود را دارد . آنچه حدود حداکثر و حداقل دما را تعیین می کند شامل خواص مواد نیمه هادی، نوع ترانزیستور، طراحی دستگاه و غیره است. با این حال، یک محدوده دمای معمولی وجود دارد که تصور می شود بین -55 درجه سانتیگراد تا 125 درجه سانتیگراد باشد.

بدون نیاز به هیت سینک

هنگام مدل‌سازی ترانزیستور قدرت با COMSOL Multiphysics و ماژول انتقال حرارت ، می‌توانید توزیع دما را در دستگاه مشاهده کنید. حداکثر دما، همانطور که در زیر می بینید، درست زیر 354 کلوین است. این حدود 81 درجه سانتیگراد است و در محدوده دمایی قابل قبول برای ترانزیستور است. به عبارت دیگر: لازم نیست این ترانزیستور خاص را به یک هیت سینک وصل کنید.

توزیع دمای ترانزیستور قدرت بر حسب درجه کلوین.

همچنین شایان ذکر است که گرمایش الکتریکی یا همان طور که به آن گرمایش ژول گفته می شود، به سختی بر دمای مسیرهای مسی در فاصله از ترانزیستور مدل شده در بالا تأثیر می گذارد. این به احتمال زیاد به دلیل رسانایی بالای مس است. مقداری از گرمای تولید شده در تراشه ترانزیستور از طریق مسیرهای مسی از دستگاه خارج می شود.

در گالری مدل با مدل ترانزیستور قدرت بیشتر آشنا شوید .