CC BY
45
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
УДК 621.3:34
А. В. Лебедев Научный руководитель - Д. Н. Пойманов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СИСТЕМ ОТВОДА ТЕПЛА
При проектировании выходных каскадов мощных стабилизаторов напряжения непрерывного типа и усилителей мощности (УМ) возникает задача эффективного отвода тепла от силовых транзисторов.
Для улучшения динамических и статических характеристик УМ необходимо использовать по возможности меньшее число транзисторов, что позволяет упростить систему токовыравнивания, уменьшить длину соединительных проводов и т. д.
Целью работы является сравнительный анализ эффективности отвода тепла (ОТ) радиаторов двух типов: из алюминиевого профиля и серийно выпускаемого радиатора на тепловых трубах фирмы ТИегшаИаке. А также исследование влияния на динамические характеристики конструктивных особенностей УМ, связанных со способом ОТ.
На рис. 1 представлена принципиальная схема (УМ) с регулирующим элементом (РЭ), собранным на двух транзисторах 2ББ2561 типа Дарлингтон в корпусе МТ-200. Корпус МТ-200 является относительно новым и имеет мощность рассеивания 200 Вт при температуре бесконечного теплоотвода 25 °С.
Оба транзистора УМ включены по схеме общий коллектор. Напряжение смещения базы, соответствует половине входного напряжения, что вводит транзисторы в режим максимальной мощности.
В качестве критерия эффективности ОТ принято отношение перепада температур (/уст - 4оздуха) в °С к объему радиатора V в дм3 при заданной рассеиваемой мощности.
Отметим, что система ОТ на тепловых трубках может войти в режим насыщения. В этом режиме резко снижается ее эффективность. Это связанно с тем, что капилляры внутри тепловых трубок не успевают передать требуемое количество охлаждающей жидкости в зону испарения. Такой режим работы этой системы ОТ был исключен экспериментальным определением номинальной рассеиваемой мощности.
В схеме, представленной на рис. 1, напряжение питания менялось от 25 до 68 В, при этом мощность, рассеиваемая на транзисторах УМ менялась от 20 до 144 Вт соответственно. При этом по достижении значения мощности в 130 Вт, зависимость установившейся температуры от мощности приобрела нелинейный характер. Поэтому, для одинаковых условий работы УМ, собранных на разных системах ОТ, значение номинальной рассеиваемой мощности было выбрано равным 130 Вт.
На обе схемы были поданы напряжения питания, при которых мощность, выделяемая на УМ, соответствует номинальной (иро„ег = 65 В).
Рис. 1. Электрическая схема УМ
Секция «Автоматика и электроника»
Рис. 2. ЛЧХ УМ с исследуемыми системами ОТ
По истечении 10 минут, когда температура считалась установившейся, производился замер температуры основания радиатора в месте крепления транзисторов. Для схемы, собранной на алюминиевом радиаторе, эта температура составила: 49 °С. Для другой схемы: 53 °С. Температура воздуха была 19 °С.
Посчитаем критерии эффективности:
Кал = (49-19)/ 1,029 ~ 29°С/ дм3.
К^ = (53-19) / 0,832 ~ 41 °С/ дм3.
Как видно, эффективность ОТ радиатором с тепловыми трубками на 40 % выше, по сравнению с алюминиевым радиатором.
Для сравнения влияния конструктивных особенностей УМ на их частотные характеристики, были сняты
их ЛЧХ в диапазоне частот от 100 Гц до 20 МГц при номинальной рассеиваемой мощности, представленные на рис. 2.Как видно из графиков, данные виды систем ОТ слабо влияют на ЛЧХ УМ.
По результатам сравнительного анализа можно сделать вывод, что система ОТ на тепловых трубках более эффективна, по сравнению с радиатором на алюминиевом профиле, и позволяет получить более высокую плотность компоновки УМ.
Однако наличие зоны насыщения сужает область безопасной работы для транзисторов, установленных на таком радиаторе, что ограничивает максимальную выходную мощность УМ.
© Лебедев А. В., Пойманов Д. Н., 2010
