Gözlemlediğim kadarı ile sorun çıkmadığı sürece soğutucu hesapları yapılmıyor. Ancak gerekli durumlarda soğutucu hesabı yapabiliyor olmamız gerekir. Bu konu hakkında pek fazla kaynak göremediğimden konuya açıklık getirmeye çalışalım...
 |
| TO-3 Kılıf yapısı için bir soğutucu modeli örneği |
Soğutucu hesabından kasıt, elektronik bileşenin bir soğutucu ihtiyacı olup olmadığının tespiti, soğutucu ihtiyacı var ise kullanılacak soğutucunun termal direnç değerinin hesaplanmasıdır. Öncelikle mevcut çalışma koşullarının bilinmesi veya yeni bir tasarım yapılıyor ise koşulların belirlenmesi gerekir. Bu nedenle ısı üreten devre elemanının ne kadar ısı ürettiğini diğer bir ifade ile kayıp gücü hesaplamalıyız.
Bir örnek ile konuyu irdeleyelim. Örneğin Lm317 ile çalışan bir gerilim regülatörümüz olsun. Giriş/Çıkış gerilimi arasındaki fark yükseldikçe ve çıkış akımı arttıkça Lm317 üzerinde daha çok güç harcanacak ve daha çok ısı ortaya çıkacaktır. Isı kaybı elektronik bileşenin türüne ve kullanım amacına göre farklı şekillerde hesaplanır. Lm317 lineer çalışan bir entegre olduğu için üzerinde düşen gerilimden güç hesabı yoluna gidilmiştir.
Aşağıda örnek değerler ile Lm317 üzerinde harcanan gücü hesaplayalım. İsterseniz değerleri değiştirip tekrar "Hesapla" butonu ile yeniden hesaplama yapabilirsiniz.
Çalışma koşullarımıza göre Lm317 üzerinde
Watt güç harcandığını tespit ettik. O halde Lm317' nin özelliklerini inceleyelim.
 |
| Referans : https://www.st.com/resource/en/datasheet/lm217.pdf |
Storage temperature : Depolama/bekleme sıcaklık koşullarını belirtir. -65°C den 150°C ye kadar olan aralık normaldir. Bu aralığın dışında zarar görebilir.
Operating junction temp. : Çalışma sırasındaki sıcaklık limitlerini belirtir. 0°C den 125°C ye kadar bozulmadan çalışabilir. Ancak bu değerlerin kılıf içi (junction) sıcaklık limitlerini belirttiğini vurgulayalım.
Maksimum çalışma sıcaklığını belli olduğuna (datasheet) göre çalışma koşullarımıza uygun termal direnç değerini hesaplayalım. Hesaplama için aşağıdaki formül kullanılır.
Hesaplama sonucunda görüyoruz ki termal direnç değerimizin en fazla °C/W olması gerekiyor. Termal direnç bu değerden yüksek olur ise junction sıcaklığı limiti aşarak parçanın yanmasına neden olacaktır. Sonraki adım olarak Lm317 nin özelliklerine göz atmaya devam edelim ve termal direnç değerlerine bakalım..
 |
| Referans : https://www.st.com/resource/en/datasheet/lm217.pdf |
Rja : (Thermal res. junction-ambient) Kılıf içerisinden dış ortama olan termal direnç değeridir.
Rjc : (Thermal res. junction-case) Kılıf içerisinden kılıf dış yüzeyine(varsa metal yüzey) kadar olan termal direnç değeridir.
Junction-ambient termal direnç değeri Rt değerinden küçük ise soğutucu kullanılması gerekli değildir.
Soğutucu kullanma ihtiyacı ortaya çıktığı durumlarda Rja değeri göz ardı edilerek Rjc değeri ile aşağıdaki formülden yararlanılarak Rsa (soğtucu termal direnci) değeri hesaplanır.
Rcs : Dış kılıf ile soğtucu (case-sink) arasındaki termal dirençtir. Hesaplamalarda genel olarak 1°C/W değeri kullanılabilir. Thermal gress kullanımı bu değeri %50 civarında azaltır.
Rsa : Soğtucu ile ortam (hava) arasındaki termal dirençtir. Diğer bir ifade ile soğutucu bloğun kendi termal direncidir ve hesaplamamız gereken değerdir.
Belirlenen çalışma koşullarına göre kullanılacak olan soğutucunun termal direnci en fazla °C/W olmalıdır. Peki termal direnç değerini tespit ettik soğutucuyu nasıl seçmeliyiz diyorsanız soğutucu seçimi konusunu okumanızı tavsiye ederim.