Како изабрати праву величину топлотног растојача за SSR-ове са високом снагом како би се спречио топлотни неуспех

Увод: Зашто је топлота непријатељ релеја чврсте државе

Високојасни релеји чврсте државе (ССР) су широко пожељени у индустријској аутоматизацији за контролу високоточних грејачких елемената, мотора и индустријских оптерећења осветљења. Пошто SSR не садрже покретне механичке контакте, они су слободни од механичког зноја. Међутим, њихова зависност од полупроводничких уређаја за напајање (као што су тиристори, триаци или МОСФЕТ-ови) уводе велико физичко ограничење: унутрашњу производњу топлоте.

Током рада, мали унутрашњи пад напона напред (обично од 1,0 до 1,6 В) се јавља преко полупроводничког зглоба ССР-а. Овај пад напона, помножен по струји оптерећења која пролази кроз уређај, ствара топлоту. На пример, ССР који прелази на 40 ампера може генерисати 40 до 60 вата топлоте унутар свог корпуса. Без адекватног грејача који би распршио ову топлотну енергију, температура унутрашњег полупроводника брзо ће прећи максималну границу (обично 125 степени Целзијуса). То доводи до хитног топлотног одбијања, чиме се ССР трајно оштећује у стању кратког кола. За инжењере из Б2Б-а и градитеље контролних панела, избор исправне величине топлотнице је од кључног значаја за осигурање дуговечности и сигурности система. Овај водич води вас кроз поступан процес термичког израчунавања.

Физика топлотног отпора у ССР сглобовима

Да би изабрали прави грејач, морамо разумети концепт топлотног отпора, који се представља симболом Ртх и мери у степенима Целзијуса по вату (Ц/Вт). Термички отпор је отпор супстанце или конзоле проток топлоте. Нижа Рт вредност значи да топлота може лакше пролазити, што резултира бољим хлађењем.
У ССР и топлотни растојач, топлота мора да прође кроз три главне топлотне баријере отпора пре него што се распрши у окружни ваздух:

1. у вези са Термички отпор са коса (Rth-jc): то је отпор између унутрашњег полупроводничког чипа и металне задње плоче SSR-а. Ова вредност се одређује током производње и наведена је на техничком листу за SSR. За ДАКЦН SSR-ове велике снаге, ова вредност се одржава изузетно ниско помоћу употребе бакарних базаних плоча са високом проводљивошћу.

2. Уколико је потребно. Термички отпор косије на топлотни радник (Rth-cs): то је отпор између металне задње плоче SSR и монтажне површине топлотног радника. Воздух је слаб проводник топлоте, тако да чак и микроскопски празнини ваздуха између две површине могу спречити пренос топлоте. Да би се смањио овај отпор, потребно је нанети танки слој висококвалитетне топлотне масти или користити топлотну подложу.

3. Уколико је потребно. Термички отпор топлотног одвојача на окружење (Rth-sa): то је отпор самог топлотног одвојача на окружни ваздух. Ово је вредност коју треба да израчунамо и одаберемо када купујемо грејач.
Корак по корак водич за израчунавање топлотне отпорности топлотног растојача
Да бисте одредили максимално прихватљив топлотни отпор вашег грејача (Рт-са), следите ову инжењерску формулу:
Рт-са = ((Тј - ТА) / Пд) - Рт-јц - Рт-цс
Раздвојимо сваку променљиву у овој формули и објаснимо како добити њену вредност:

Корак 1: Одредите максималну температуру састанка полупроводника (Tj)
Док је већина полупроводника за напон навршена на максимални Tj од 125 степени Целзијуса, рад уређаја на апсолутном нивоу смањује његов животни век. За безбедност и дугорочну поузданост, инжењери обично примењују фактор за понижавање безбедности, ограничавајући максималну температуру радног зглоба (Тј) на 95 или 100 степени Целзијуса.

Корак 2: Одређивање максималне температуре окружења (ТА)
Ово је највиша температура унутар електричног контролног корпуса у којем ће бити монтиран ССР. Имајте на уму да је температура унутар индустријске плоче често значајно већа од температуре околине фабричког пода. Ако је панел невентилиран или се налази у близини друге опреме за производњу топлоте, претпоставите конзервативну температуру Те од 40 до 50 степени Целзијуса.

Корак 3: Прорачунавање распадња енергије (Пд)
Дисипација енергије је укупна количина топлотне енергије коју генерише ССР, измерена у ватима. Поуздано инжењерско правило за стандардне ССР-е је да генеришу око 1,2 вата топлоте за сваки ампер струје оптерећења.
Пд = струја оптерећења (И) х 1,2
За оптерећење од 40 ампера:
Пд = 40 х 1,2 = 48 вата топлоте.

Корак 4: Добијте константе листа података (Rth-jc и Rth-cs)

• Rth-jc: Погледајте лист података о производу DAQCN. За типичан индустријски ССР од 40 А, ово је обично око 0,3 Ц/Ват.
  
• Ртх-ц: Ако се правилно примени висококвалитетна топлотна мастица, отпорност косије на топлотни отпад је изузетно мала, обично око 0,1 Ц/Вт.
  

Корак 5: Изврши израчунавање
Коришћењем нашег примера оптерећења од 40 ампера са безбедносно намаљеним Тј-ом од 95 степени Целзијуса и температуром околине у комбе Та од 45 степени Целзијуса:
Тј = 95 Ц
Ta = 45 C
Пд = 48 Вт
Рт-јц = 0,3 Ц/Ват
Рт-ц = 0,1 Ц/Ват
Рт-са = ((95 - 45) / 48) - 0.3 - 0.1
Рт-са = (50 / 48) - 0,4
Рт-са = 1,04 - 0,4 = 0,64 Ц/Ват
Да би се температура SSR зглоба одржала испод 95 степени Целзијуса, морате изабрати грејач са резистенцијом топлотног отпора једнаком или мањом од 0,64 C/W. Грејач са резистенцијом 0,5 C/W или 0,6 C/W би био одличан и сигуран избор за ову примену.
Практични фактори које треба узети у обзир приликом избора грејача
Иако математичке формуле пружају прецизну основу, неколико фактора из стварног света може утицати на перформансе топлотнице и треба их узети у обзир током процеса пројектовања:

• Проток ваздуха и присилна конвекција: Рејтинг топлотне отпорности грејача обично је одређен за природну конвекцију (непокретни ваздух). Увођење фан за хлађење унутар кутије драстично побољшава распршивање топлоте, смањујући ефикасну топлотну отпорност грејача за до 50 посто. Ако је простор ограничен, мање грејало са вентилатором са присиљним ваздухом често се више воли него масивни пасивни грејало.
  
• Оријентација монтаже: Топлинари се ослањају на природне конвекционе струје како би померали топли ваздух горе. Да бисте максимално повећали ефикасност, увек постављајте грејач вертикално тако да ладилни перукови раде вертикално. Хоризонтално постављање може смањити ефикасност грејача за 20 до 30 посто.
  
• Вентилација станишта: топлотни ракови не могу да охладе ССР ако је топли ваздух заробљен унутар запечаћеног станишта. Уверите се да је контролни ормара има адекватне люке, вентилационе слотове, или активне издувни вентилатори за размену унутрашњег топлог ваздуха са хладнијим спољним ваздухом.
  
• Изворање предсједаних јединица: Да би се елиминисао ризик од пројектовања и смањило време монтаже на фабричком поду, Б2Б трговаци на рубљи и произвођачи панела често купују комбинације ССР и топлотни рачун који су пред-пробани и класификовани као једна једи
  

Зашто је ДАКЦН ваш поуздани партнер за решења за топлотну управљање

ДАКЦН производи свеобухватну линију високомоћних релеа чврстог стања и одговарајућих алуминијумских грејача дизајнираних да раде у захтевним индустријским окружењима. Наше решења за топлотну управљање нуде:

• Високочисте екструдиране алуминијумске грејаче са оптимизованим површинама пепеља за максимални пренос топлоте.
  
• Пренаправљени топлотни падови са високом проводљивошћу на наше ССР монтаже, елиминишући неред и неконзистенцију ручне апликације топлотне пасте.
  
• Потпуно карактерисани термички подаци о свим производима, што инжењерима омогућава да праве прецизне прорачуне без претпоставки.
  Без обзира да ли купујете појединачне компоненте или интегрисане SSR-хеатсинк модуле, DAQCN осигурава да ваши индустријски системи за грејање и управљање мотором остану хладни, ефикасни и поуздани.
  

Закључак: Заштита ваших индустријских инвестиција

Трменски неуспех је главни узрок оштећења ССР-а, али се то може потпуно спречити. Прецизно израчунавањем потребног топлотног отпора топлотног одвојача, коришћењем висококвалитетних материјала за топлотни интерфејс и обезбеђивањем правог пролаза ваздуха, инжењери Б2Б могу гарантовати дугорочну поузданост својих система. Партнерство са специјализованим добављачем као што је ДАЦЦН пружа приступ компонентама високих перформанси и техничкој експертизи потребним за потпуно елиминисање топлотних неуспјеха.