ТЕРМАЛНА ОТПОРНОСТ

Добро је познато да проводност полупроводника расте са повећањем температуре. Код металаје тај механизам другачији, код њих проводност опада са повећањем температуре, али код полупроводника се топлотна енергија користи за ослобађање електричних носилаца од силе језгра, ти носиоци могу имати довољно потенцијалне енергије да постану слободни. Конкретна последица тога је да на већим температурама, за исти напон, постоје веће струје у полупроводничким компонентама. Уколико се о овоме не води рачуна струја може бити довољно велика да се развију и претерано велики Џулови губици и да дође до прегоревања компоненте. Због тога произвођачи компонената увек као каталошки податак дају и максималну температуру околине.Колико је хлађење важно довољно је закључити само на основу погледа на матичну плочу рачунара. Процесор има активно хлађење, са вентилатором за одвођење топлоте (узгред, проблем хлађења је и кочница неометаном повећању радног такта процесора). Процесор на графичкој картици такође се мора хладити, а исто важи и за део чипсета који је познат под именом северни мост.Дакле, када нека компонента, нпр. диода ради, постоји снага дисипације, која се претвара у топлоту. Ова топлота би требала да прелази у околни простор преко кућишта комоненте, које је од метала, стакла или пластике. Величина која представља меру ослобађања ове топлоте у околни простор назива се топлотна отпорност и дефинише се као:

, у јединицама (келвин по вату).

У претходној једначини су: θЈ – температура споја; θamb – температура околине; Ploss – снага дисипације.

Посљедња једначина значи да компоненте са малом топлотном отпорношћу могу спровести већу количину топлоте у околни простор.Што се диода тиче, ако је снага дисипације мања или једнака једном вату, односно ако је Ploss < 1W, кућиште компоненте ће бити сасвим довољно за успешно хлађење. Уколико се очекује већа снага дисипације неопходно је спровести додатне мере, односно додатно хлађење.

Хлађење

Дакле, када је снага дисипације већа од једног вата површина кућишта више није довољна за одвођење топлоте у околни простор. Ова површина се значајно повећава ако се диода монтира на хладњак од материјала са добром топлотном проводљивошћу. Најчешће су у употреби хладњаци од бакра, алуминијума или челика. Уколико је диода монтирана на хладњак укупна топлотна отпорност RthЈA добија се као збир три „редно везане“ топлотне отпорности:

RthЈA = RthJE + RthEHS + RthHS

У претходној једначини су:

RthJE – топлотна отпорност између споја (диоде) и њеног кућишта (Junction – Envelope);

RthEHS - топлотна отпорност између кућишта и хладњака (Junction – Heat Sink);

RthHS – топлотна отпорност хладњака.Треба нагласити да је ова топлотна отпорност мања него у случају када није монтиран хладњак.Снага дисипације диоде са хладњаком рачуна се по формули:

Пример 1

Ако радна температура силицијумске диоде износи θЈ = 150°С, а термална

отпорност између споја и околине износи , колико износи

максимална струја диоде на температури околине θamb = 40°С, ако је напон на диоди UF = 0,7V?Решење

Најпре се мора израчунати снага дисипације:

Максимална струја добиће се када се ова снага подели напоном:

Пример 2

Колика је максимална струја диоде из претходног примера у једнаким условима рада, али ако је монтирана на хладњак код кога је:

RthJE = 10 , RthEHS = 2 и RthHS = 20 ?

Решење

Из претходна два примера се види да је максимална дозвољена струја скоро двоструко већа ако се диода монтира на хладњак.Термална отпорност хладњака не зависи само од његове површине већ и од врсте материјала од кога је хладњак. Подаци у вези тога дају се за случај хладњака у облику квадратне плочице која би се поставила вертикално. Термална отпорност хладњака е може смањити фарбањем у црно, тада се дата термална отпорност множи са 0,7. Ако се плочица хладњака постави хоризонтално термална отпорност му се увећава 1,7 пута у односу на дате

табеларне вредности. Бољи ефекат се постиже са хладњацима у облику радијатора, где ваздух може да струји између металних плоча.