Soğutucu Nedir?
Aslında her tip soğutucunun amacı aynıdır.
İstenilen bir yerdeki ısı birikmesini önlemek, sıcaklığın artmasına izin vermemek, biriken ısıyı çevreye yaymaktır. Elektronikte kullanılan silisyum kökenli malzemelerin yarı iletken kısımları 200˚C'de bozulur. Bu nedenle yonga üzerinde biriken ısının hemen dışarı atılmasını sağlamak üzere malzemenin yonga kısmını genellikle alüminyum bir plaka üzerine, ısı geçirgenliği yüksek bir yapıştırıcı ile yapıştırılmıştır. Sonrada üzeri uygun bir şekilde yine alüminyum bir kapakla ya da plastikle kapatılmıştır. Fakat bu tür malzeme, transistör diyot, triac ya da benzeri güç elemanlarının kılıfları üzerlerinde biriken ısıyı dışarı atmaya, çevreye yaymaya yetmez. Bunları ayrıca bir soğutucunun üzerine koymak gereklidir.
Soğutucu nasıl seçilir?
Soğutucu seçme işleminden önce yarı iletkendeki ısı akışını anlamak ve bu çerçevede Termal Devre (Termal Direnç) ve gerekli parametreleri analiz etmek gerekir.
İki nokta arasındaki ısı transferi sıcaklık ve güç cinsinden şu şekilde ifade edilir:
Şekil 1 bir yarı iletkenin ve soğutucunun çevre ortamı ile ısı ilişkisini göstermektedir. Şekilde gördüğümüz ifadeleri ve ihtiyacımız olacak birkaç parametreyi tanımlarsak;
Q : Güç
Tj : Maksimum Jonksiyon Sıcaklığı
Tc : Maksimum Kılıf Sıcaklığı
Ts : Maksimum Soğutucu Sıcaklığı
TAmb: Çevre Sıcaklığı
Rsa : Soğutucu - Çevre Arası Termal Direnç
Rcs : Kılıf - Soğutucu Arası Termal Direnç
Rjs : Jonksiyon - Kılıf Arası Termal Direnç
R=ΔT/Q
Burada;
ΔT : İki nokta arasındaki sıcaklık farkı
R : Termal Direnç (°C/W)
Yukarıdaki şekilde görülen tüm termal dirençleri toplarsak ve adına da Rja ( Jonksiyon-Çevre Termal Direnç ) dersek ;
Rja=Rjc+Rcs+Rsa Buna göre;
Tja=Tj-TAmb Tja=Q.Rja
ve buradan;
Rja=(Tj-TAmb)/Q
olarak bulunur. Burada dikkat edilmesi gereken nokta;
Tj=Tjmax
Yani transistörün yongasının katalog da verilen en yüksek değerinin aşılmamasıdır. Bu durumda, eşitlik şu şekilde düzenlenmektedir.
Rja£(Tjmax-TAmb)/Ptot
Eğer transistör gövdesi ile soğutucu arasında bir yalıtkan, örneğin mika pul kullanılırsa, o zaman Rcs değeri 0,2 ˚C/W ile 0,5 ˚C/W arasında değişir. Aynı zamanda çeşitli maddelerden yapılmış olan soğutucular yapıldıkları malzemeye göre farklı özellikler gösterir. Alüminyum diğerlerine göre en ucuz çözümdür.
Son aşamaya gelirsek;
Yukarıdaki özellikler kullanılarak soğutucunun alanı bulunur. Hesaplanan alan soğutucunun kullanım biçimine göre yani dikey yada yatay olmasına göre değişir. Dikey kullanım alanları yatay kullanım alanına göre daha azdır. Bunun nedeni, dikey durumdaki soğutucularda hava akımının daha iyi olmasıdır.
Örnek bir hesaplama yaparsak;
Transistörün bir çıkış devresinde;
Rjs = 1°C/W
Rcs = 0,5 "C/W (Mika Pul Yalıtkan)
Rsa = 2,5 “C/W (Dikey Durumlar İçin)
Tj(max) = 175°C
Tamb = 30°C
Eğer bu eşitlikler geçerliyse, çıkış devresindeki
maximum güç Ptot ne olmalıdır?
Ptot≤(T(j(max))-TAmb)Rja
Rja = R(jc(msx))+Rcs+Rsa
Rja = 4 “C/W
Ptot = (175-30)/4
P(tot) = 36,25
Şimdi aşağıdaki tablodan yararlanarak, soğutucunun bir yüzeyinin alanını bulalım:
2,5°C/W'a karşılık gelen bir yüzün alanı;
Düşey durumda 60 inch ya da 387cm;
Dikey durumda 70 inch ya da 452cm;
Yukarıdaki değerler soğutucunun bir yüzünün alanı olduğu için toplam alan;
Düşey durumda 120 inch² ya da 774cm²
Dikey durumda 140inch² ya da 903cm² olarak bulunur. Burada bulduğumuz soğutucu levha halindeki bir alüminyum plakadır. Buna çeşitli şekiller vererek devre üzerine uyumlu hale gerebiliriz.
