Návrh chladiče

Výkonově namáhané součástky produkují velké množství tepla. Teplota takových součástek by neměla překročit rozumnou mez, jinak se zvyšuje možnost poškození samotné součástky, případně škodlivý vliv vysoké teploty na okolní materiály.

Pro křemíkové tranzistory a integrované obvody platí limitní teplota polovodiče 125 až 150 °C. Skutečná hodnota bývá uvedena v katalogu. Nadbytečné teplo je třeba vhodným způsobem odvádět. K tomu slouží chladiče.

Nazveme-li rozdíl teploty polovodiče a okolí teplotním spádem, pak celkový požadovaný tepelný odpor Rth je podíl teplotního spádu a ztrátového výkonu.

Celkový tepelný odpor je složen z dílčích tepelných odporů:

  • Rthjc (polovodič - pouzdro)
  • Rths (pouzdro - chladič)
  • Rthr (chladič - okolí)

Tepelný odpor polovodič - pouzdro Rthjc bývá uváděn v katalogu. Průměrné hodnoty některých pouzder:

Pouzdro Rthjc [KW-1]
TO-126 10
TO-220 2
TO-66 6,5
TO-3 1,5

Tepelný odpor pouzdro - chladič závisí na způsobu montáže:

Montáž Rths [KW-1]
přímo 0,2 až 0,4
přímo, silikonová vazelína 0,1 až 0,2
slídová podložka 0,5 až 0,8
slídová podložka, silikonová vazelína 0,4 až 0,6
teflonová podložka 1,0 až 1,6
teflonová podložka, silikonová vazelína 0,7 až 1,1

Tepelný odpor chladič - okolí závisí zejména na ploše chladiče a jeho poloze.

S ... plocha chladiče [cm2]
d ... tloušťka desky [mm]
... tepelná vodivost chladící desky:

Materiál Tepelná vodivost
měď 3,8
hliník 2,1

C ... korekční faktor:

Provedení Korekční faktor
vodorovná, hladká 1
vodorovná, černěná 0,5
svislá, hladká 0,85
svislá, černěná 0,43

Pro malé čtvercové desky (do 20 cm2) je možné použít zjednodušený vztah:

Výrazného snížení tepelného odporu je možné dosáhnout umístěním chladiče do proudu vzduchu, např. z ventilátoru.