Kann ein Gerät in der Größe einer Seifenkiste 10–15 W Wärme abgeben? Wenn ja, wie?

Eine Seifenkiste ist kaum eine Standardmaßeinheit, aber 12 W brauchen auch ohne Zwangsbelüftung nichts zu Großes, vorausgesetzt, Sie können zumindest die natürliche Konvektion, nun ja, natürlich sein lassen. So berechnen Sie den benötigten Kühlkörper.

Ich habe das Datenblatt für IRF510 als Beispiel ausgewählt. Es ist ein sehr verbreiteter TO-220-MOSFET und sollte für Ihre Anwendung funktionieren.

Das erste, was Sie sehen werden, ist, dass das Datenblatt die Verlustleistung mit 43 W angibt. Dies erfordert natürlich einen großen externen Kühlkörper, aber er sollte Ihre Anwendung mit einem gesunden Spielraum abdecken.

Die absolute maximale Sperrschichttemperatur$T_J$aufgeführt ist als$175 ^\circ C$, und nehmen wir an, die Umgebungstemperatur ist$35 ^\circ C$. Das bedeutet, dass die Temperatur nicht mehr als steigen kann$175 ^\circ C - 35 ^\circ C = 140 ^\circ C$. Und um sicher zu gehen, fügen wir eine Sicherheitsmarge hinzu und entwerfen für nicht mehr als$100 ^\circ C$erheben.

Das Datenblatt listet den maximalen thermischen Widerstand zwischen Sperrschicht und Gehäuse als auf$R_{\theta UC} = 3.5 ^\circ C/W$. Das heißt, mit jedem Watt steigt die Sperrschichttemperatur$3.5 ^\circ C$Angenommen, der Kühlkörper kann die gesamte Wärme auf magische Weise entfernen. Bei 15 W ist das ein Anstieg von$3.5 ^\circ C/W \cdot 15 W = 52.5 ^\circ C$.

Wir hoffen auf nicht mehr als ein$100 ^\circ C$steigen, also müssen wir einen Kühlkörper finden, der die Temperatur nicht mehr erhöht als ein anderer$100^\circ C - 52.5 ^\circ C = 47.5 ^\circ C$. Das heißt, unser Wärmewiderstandsbudget für den Kühlkörper ist$47.5 ^\circ C / 15W = 3.17 ^\circ C / W$.

Dies geht an die Grenzen dessen, was mit natürlicher Konvektion möglich ist, aber es ist machbar. Wenn ich meinen Mouser-Katalog durchblättere, finde ich einen Ohmite-Kühlkörper FA-T220-64E mit einem Wärmewiderstand von$3 ^\circ C / W$mit natürlicher Konvektion. Es ist das größte, das sie für TO-220 verkaufen. Es ist etwa 1 x 1,6 x 2,5 Zoll groß und Mouser verkauft Ihnen nur eine für 2,17 $ plus Versand.

Genau genommen habe ich den thermischen Widerstand des Transistorgehäuses zum Kühlkörper nicht berücksichtigt. Das IRF510-Datenblatt gibt einen typischen Wert von an$0.5 ^\circ C / W$für eine gefettete Oberfläche, was bei 15 W eine andere bedeutet$7.5 ^\circ C$Anstieg der Sperrschichttemperatur. Aber denken Sie daran, dass wir einen Rand von eingeschlossen haben$40 ^\circ C$und nahm eine recht hohe Umgebungstemperatur von an$35 ^\circ C$. Wir sollten sicher sein.

Trotzdem kann etwas Ihren Kühlkörper blockieren, also können Sie gut daran tun, eine Art Wärmeschutz einzubauen. Sie können dies selbst implementieren, aber es gibt auch MOSFETs mit eingebautem Wärmeschutz. Wenn Sie dies tun, benötigen Sie keinen solchen Spielraum, und Sie können möglicherweise mehr als 15 W abführen, wenn Sie dies nicht tun ' Es besteht keine Gefahr, dass der Wärmeschutz anspricht.

Und es muss erwähnt werden, dass der Transistor, obwohl er nicht ausfallen sollte, mächtig heiß wird. Eine Plastikbox mit schlechter Belüftung ist wahrscheinlich nicht gut. Finger weg musst du auf jeden Fall lassen. Wenn Sie die Dinge kühler halten wollen, haben Sie leider keine andere Wahl als Umluft oder die Wärmeverteilung auf mehr Fläche: große Leistungswiderstände, mehrere Transistoren usw.

Kühlkörper würde funktionieren, wenn Sie den Kühlkörper der Außenluft aussetzen. Wenn Sie einen Lüfter hinzufügen, können Sie mehr abführen.

Die Verwendung eines Aluminiumgehäuses als Wärme würde auch funktionieren.

Die Art von Gerät und Formfaktor, die Sie beschreiben, kann durchgeführt werden. Tatsächlich gibt es ein Gerät mit einem ähnlichen Formfaktor.

Dieser Batterieanalysator kann kontinuierlich 100 W verbrauchen.
3,5" H x 2,8" B x 3,6" T.
Technische Daten hier.

Eine Seifenkiste ist größer als ein paar 7,5-Watt-Glühbirnen, und natürlich können diese jeweils 7,5 Watt verbrauchen. Wenn Sie einen Widerstand in ein Gehäuse von der Größe einer Seifenkiste wärmesenken und 15 Watt hineingeben, beginnt er , sobald er sich ausreichend erwärmt hat, 15 Watt Wärme abzugeben. Die 50.000-Dollar-Frage ist, ob es dabei annehmbar kühl bleibt. Und die Antwort darauf hängt wahrscheinlich davon ab, was man als "annehmbar cool" betrachtet; Ich würde erwarten, dass drei Bedingungen erfüllt sein müssen, damit eine Temperatur als akzeptabel kühl angesehen wird

1. Die eigentlich wärmeabführenden Teile der Elektronik dürfen nicht so heiß werden, dass sie beschädigt werden oder ausfallen.
2. Andere Teile der Elektronik dürfen nicht so heiß werden, dass sie beschädigt werden oder versagen.
3. Angesichts der Art Ihres Produkts sollten freiliegende Teile des Geräts nicht so heiß werden, dass sie Verbrennungen verursachen, und quasi freiliegende Teile sollten nicht so heiß werden, dass sie ein Brandrisiko darstellen.

Ein Metallblock in der Größe einer Seifenkiste mit 15 Watt Wärmeerzeugung, der überall im Freien sitzt, würde sich warm anfühlen, aber nicht heiß genug werden, um eine Gefahr darzustellen. Wenn jemand Ihr Gerät an eine Batterie anschließt und es dann in eine Aufbewahrungsbox wirft und dann ein paar Decken darauf wirft, ist das Gerät jedoch möglicherweise nicht in der Lage, 15 Watt abzugeben, ohne ziemlich heiß zu werden. Ich würde daher vorschlagen, dass der beste Ansatz wahrscheinlich darin besteht, einen Kühlkörper zu verwenden, der die Wärme über einen Großteil der Oberfläche einer Metallbox verteilt, zusammen mit einem Temperatursensor, der dazu führt, dass Ihr Gerät die Leistung reduziert oder abschaltet, wenn sich die Dinge ebenfalls erhitzen viel. Ich würde nicht erwarten, dass eine temperaturbasierte Drosselung oft notwendig sein wird, aber es ist