Расчет температуры корпуса

I Рассчитываем α _К

1. Определяем плотность теплового потока q_S через внешнюю поверхность устройства: q_S = Р_П/S_К; где Р_П – суммарная мощность тепловых потерь в устройстве, S_К – площадь внешней поверхности корпуса.

2. С помощью вспомогательной кривой на рис.5.1 определяем перегрев корпуса над окружающей средой DΘ_К-ОКР. в начальном приближении и далее рассчитываем температуру корпуса в начальном приближении: Θ_К = Θ_{ОКР.МАКС.}+DΘ_К-ОКР.

Рис.5.1

3. Определяем среднюю температуру вблизи от поверхности корпуса: Θ_СРЕДН. = 0.5*(Θ_К +Θ_{ОКР.МАКС..}).

	Пример: Pп=10Вт S=0.025m2 q=200Вт/м2 .DΘК-ОКР. =150С ΘОКР.МАКС =60 ΘК =75 ΘСРЕДН. = 0.5*(ΘК +ΘОКР.МАКС..)=67,5

4. Определяем по справочной таблице физические константы воздуха вблизи от поверхности при температуре Θ_СРЕДН., а именно: ν, l, Pr.

Параметры сухого воздуха. Таблица 2

Θ,0С	γ,кг/м3	Суд10-3 Дж/К	λ*102 Вт/м*К	ν*106 ,м2/с	Pr
-50	1.584	1.01	2.04	9.23	0.728
-20	1.395	1.01	2.28	12.79	0.716
	1.293	1.00	2.44	13.28	0.707
+20	1.205	1.00	2.60	15.06	0.703
+40	1.128	1.00	2.76	16.96	0.699
+60	1.06	1.00	2.90	18.97	0.696
	1.00	1.00	3.05	21.09	0.692
+100	0.946	1.00	3.21	23.13	0.688

Каждую величину нужно поделить на порядок размерности

Например: Θ,⁰С = +40 λ = 2,76*10^-2

Gr рассчитываем по критерию Грасгофа:

Gr = β*g*L³*(Θ_К - Θ_{ОКР.МАКС})/ν²; где β – коэффициент объёмного расширения газа β = 1/ (Θ_СРЕДН+273) ⁰К,

g – ускорение силы тяжести = 9,8м/с²,

ν – коэффициент кинематической вязкости среды;

L – это наибольший линейный размер корпуса.

Пример: Gr =1/(273+67,5) *9,8*0,123 *15/(18.97*10-6)2=207*104

5. Рассчитываем Gr*Pr и по таблице определяем характер потока и коэффициенты c,n.

	Пример: Gr*Pr = 0,69*207*104 = 130*104

Gr*Pr	с	n	Характер потока
≤10-3	0.5		Плёночный
10-3….5*102	1.18	0.125	Ламинарный
5*102….2*107	0.54	0.25	Переходный
≥2*107	0.136	0.33	Турбулентный

с=0,54 т=0,25

6. Определяем Nu = c*(Gr*Pr)ⁿ и далее: α _К = Nu*l/L. (в данном случае L – это наибольший линейный размер корпуса).

	Пример: Nu=0.54*(130*104) = 18.2 α К = Nu*l/L. = (18.2*2.9*10-2)/0.12 = 4.5

II. Рассчитываем α _Л по формуле:

1. α _Л = C₀*ε_ПРИВ.* =7.2 (1)

где: C₀ = 5.673 - коэффициент излучения абсолютно чёрного тела; ε_ПРИВ. =0,8 - приведённая степень черноты для корпуса, окрашенного черной краской.

Пример: sК-ОКР. =(4.5+6.9)*0.025=0.28

2. Рассчитываем тепловую проводимость s_К-ОКР. между корпусом и средой: s_К-ОКР. = (α _К + α _Л )*S_К;

3. Определяем температуру корпуса в следующем приближении: Θ_К¹ = Θ_{ОКР.МАКС} + Р_{П общие}/s_К-ОКР. . Если Θ_К¹ окажется больше, чем Θ_К, либо существеннее меньше него, следует организовать циклическую процедуру расчётов путём замены Θ_К на Θ_К¹ начиная с пункта 3.

	Пример: ΘК1 = ΘОКР.МАКС + РП общие/sК-ОКР. .= 60+10/0.28 = 95.7

После определения окончательного значения температуры корпуса необходимо проверить тепловые режимы силовых полупроводниковых приборов и других элементов, закреплённых к корпусу. Для транзисторов и диодов проверяется выполнение неравенства:

Θ_{КРИСТАЛЛА} = Θ_К + Р_{П.в элементе}*(R_Т.ПК +R_Т.П) ≤ Θ_П;

Р_{П.в элементе} – берется из расчета потерь, сделанного ранее

R_Т.ПК – тепловое сопротивление переход-корпус [ 1.5⁰C/Вт]

Параметр берется из справочников на транзисторы

R_Т.П – тепловое сопротивление прокладки под прибором [ ⁰C/Вт].

R_Т.П = Δпрокл/(Sпрокл*λпрокл)

Sпрокл = Sуст транз =320мм² (для ТО220)

В таблице приведены параметры распространённых материалов прокладок и их типовая толщина.

В нашей конструкции прокладки выполнены из Берквиста.

Таблица 3

Материал	l	Dп*103 м
Слюда	0.58	0.1
Стеклотекстолит	0.2	0.1..0.15
Берквист	1….2	0.22
Брокерит (BeO)		0.5
Фторопласт	0.3	0.05

Θ_П – допустимая температура кристалла из справочника (чаще всего = 150⁰С)