Zwei getrennte Kühlkörper führen zu weniger Volumen als einer?

Ich entwerfe derzeit einen Kühlkörper, um die Wärme einer Diode und eines MOSFET zu bewältigen. Ich kann entweder zwei oder einen Kühlkörper auswählen, und mein Ziel ist es, das Volumen des Kühlkörpers zu minimieren.

Intuitiv würde ich denken, dass ein Kühlkörper sowohl für den MOSFET als auch für die Diode zu dem geringsten Volumen führen würde, aber meine Ergebnisse zeigen, dass zwei separate Kühlkörper (einer für die Diode und einer für den MOSFET) zu dem geringsten Gesamtvolumen führen , kann das Sinn machen? Wenn ja, wäre ich sehr dankbar, wenn jemand eine intuitive Erklärung dafür geben könnte.

Um meine Ergebnisse zu erhalten, habe ich das folgende Verfahren verwendet:

Um R_ha=R_heatsink_to_ambient zu erhalten, wenn sich MOSFET und Diode den Kühlkörper teilen, wurde das folgende thermische Ersatzschaltbild verwendet:

Diode und Mosfet teilen sich den Kühlkörper

Durch Berechnung der Kühlkörpertemperatur wurde eine garantierte MOSFET- und Diodensperrschichttemperatur gefunden, die niedriger als die Nennwerte R_ha war.

Wenn die Diode und der MOSFET keinen gemeinsamen Kühlkörper hatten, wurde das folgende thermische Äquivalent verwendet:

Diode und Mosfet teilen sich keinen Kühlkörper

Dann wurden R_ha_diode und R_ha_mosfet berechnet, um die Nenntemperatur der Diode und des MOSFET zu erfüllen. Hier denke ich, dass ich das Verfahren falsch mache, da die Wärme des MOSFET die Diode nicht beeinflusst und umgekehrt.

Unter Verwendung des Datenblatts des Kühlkörpers habe ich das Volumen für verschiedene Schaltfrequenzen gefunden (die minimal machbaren Volumen wurden aus dem Datenblatt ausgewählt):

Gesamtvolumen Kühlkörper/Kühlkörper

Wie Sie aus dem Streudiagramm ersehen können, war in allen Fällen, in denen zwei Kühlkörper verwendet wurden, das Gesamtvolumen der beiden Kühlkörper kleiner als bei Verwendung eines Kühlkörpers. Ich frage natürlich nicht, ob meine Zahlen richtig sind, was mich wundert, ist:

  1. Ist mein Ergebnis logisch, macht es Sinn, dass das Gesamtvolumen bei zwei Kühlkörpern kleiner ist?
  2. Ist die thermische Modellierung korrekt?
Ist es das Volumen, das die Wärmeübertragung oder die Oberfläche steuert?
Auf den ersten Blick scheint es, dass Sie den kleinsten zulässigen Kühlkörper (höchster zulässiger R_ha) für eine maximale Sperrschichttemperatur berechnen. Aus Ihrem Modell geht hervor, dass, wenn sich die beiden Geräte auf demselben Kühlkörper befinden, die maximal zulässige Temperatur die niedrigste zulässige thermische Verbindung ist. Wenn Sie sie trennen, muss das Gerät, das höhere Temperaturen toleriert, weniger Wärme abgeben, was zu einem insgesamt geringeren Wärmewiderstand führt. (Wenn ich verstanden habe, was du richtig gemacht hast)
Die Wärmeübertragung zwischen einem Feststoff und einer Flüssigkeit ist oft SEHR komplex.
dies ist keine elektronische Frage ... es ist eine geometrische Frage ... untersuchen Sie die Beziehung zwischen Form, Volumen und Oberfläche
Denken Sie darüber nach, warum sich Tiere (bis einschließlich Menschen) im Winter zusammenkauern, um sich zu wärmen. Dies ist das Gegenteil von dem, was Sie für Komponenten wünschen, die Sie kühlen möchten.

Antworten (2)

Der Kühlkörper leitet nicht nur Wärme ab.

Wenn Sie beide Geräte an denselben Kühlkörper anschließen, überträgt der Kühlkörper ziemlich effektiv Wärme von einem Gerät zum anderen. Selbst wenn eines der Geräte nicht viel (wenn überhaupt) Leistung abführt, werden beide Geräte aufgeheizt, wenn das andere Gerät Leistung abführt .

Betrachten Sie als extremes Beispiel zwei Geräte. Man kann den ganzen Tag bei, sagen wir, 120°C laufen. Der andere hat eine maximale Sperrschichttemperatur von 100 °C. Es zerstreut viel, während es eingeschaltet ist, hat aber einen ziemlich niedrigen Arbeitszyklus.

Wenn jeder seinen eigenen Kühlkörper hat, benötigt der Low-Duty-Cycle-Teil nur genug Kühlkörpervolumen, um zu verhindern, dass seine Temperatur während der kurzen Zeit, in der er eingeschaltet ist, über 100 ° C steigt. Wir wollen natürlich ein bisschen mehr, also halten wir es normalerweise unter, sagen wir 85 ° C. Immer noch ein ziemlich kleiner Kühlkörper, denn wenn das Gerät ausgeschaltet ist, kühlt der Kühlkörper das Gerät immer noch, sodass das Gerät vor dem Beginn des nächsten Zyklus auf beispielsweise 50 ° C abgekühlt ist.

Aber wenn wir die beiden miteinander verbinden, müssen wir jetzt genug Volumen haben, um nicht nur zu verhindern, dass das Gerät mit niedrigerer Temperatur in seiner kurzen Nutzungsspitze über 100 ° C steigt, sondern wir müssen auch genug Wärme von dem ständig eingeschalteten Gerät abführen Halten Sie es auch die ganze Zeit unter 100 ° C - insbesondere weit genug unter 100 ° C, um dem Kurzzyklusgerät etwas Spielraum zu lassen, um noch mehr hinzuzufügen, während es eingeschaltet ist, und bleiben Sie immer noch unter 100 ° C (und wir möchten zweifellos wirklich gehen gehen etwas Polsterung, also wollen wir wahrscheinlich maximal 85 oder so, nicht 100).

Wenn das ständig eingeschaltete Gerät also nur an seinen eigenen Kühlkörper angeschlossen wäre, könnte es die ganze Zeit bei 105 ° C laufen und immer noch ein anständiges Polster haben. Aber wenn wir die beiden miteinander verbinden, müssen wir genug ableiten, um es bei oder unter 85 ° C zu halten, um das gleiche Polster zu haben.

Sicherlich muss es von den Details des Kühlkörpers abhängen.

Ich kann mir ein Beispiel vorstellen, wo die Lautstärke identisch ist.

Stellen Sie sich einen prismatischen Kühlkörper mit einem Gerät in jeder Hälfte vor. Der Kühlkörper würde ein bestimmtes Volumen benötigen und die Vorrichtungen würden eine bestimmte Sperrschichttemperatur erreichen.

Teilen Sie nun den Kühlkörper zwischen den beiden Geräten mit einem infinitesimalen Schnitt an einer solchen Stelle, dass keine Wärme zwischen den beiden Hälften des Kühlkörpers fließt.

Es gibt jetzt zwei Kühlkörper mit identischem Gesamtvolumen wie im vorherigen Szenario und es hat genau das gleiche Kühlkörpervolumen und genau die gleichen Sperrschichttemperaturen.

Die Diode und der MOSFET können unterschiedliche maximale Sperrschichttemperaturen sowie unterschiedliche Verlustleistungen aufweisen, die das Ergebnis beeinflussen können. Auch kann es vorteilhaft sein, die kühlende Umgebungsluft zuerst übereinander strömen zu lassen.

Zwei getrennte Kühlkörper führen zu weniger Volumen als einer?
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