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固态继电器散热片如何选择?
文章附图

固态继电器散热片如何选择?

由于固态继电器内部可控硅器件(SCR)在导通状态下,存在内部压降,因此会产生内部功率消耗,并且所消耗的功率与通过固态继电器电流存在某一函数关系。通常固态继电器生产厂家都会给出如图1所示的固态继电器内部功率消耗曲线:


在正常负载电流情况下,固态继电器内部所消耗的功率可以粗略地估计为1/1安培。也就是说如果流过固态继电器的电流为10安培,则固态继电器内部功率消耗为10瓦。为了维持固态继电器开关器件的正常工作温度,确保固态继电器开关器件正常动作,就必须选择合适的散热器,将固态继电器内部功率消耗所产生的热量散发到周围的环境中去。

对于大多数印刷电路安装型式的固态继电器,由于工作电流不大,采用固态继电器本身的包装材料做为散热器,就可以保证固态继电器正常工作(如CrydomCX系列产品,工作电流可到5A);对于一些大电流的印刷电路安装型式的固态继电器,有的固态继电器集成了散热器(如TSR-25AA-S系列产品)。而面板安装型固态继电器,一般都要配置额外的散热器。下图所示的电气模拟图显示了从固态继电器功率元件结点到周围空气的热阻示意图:


显然,如果固态继电器内部消耗功率是可知的,那么固态继电器内部功率器件结点温度Tj是可以计算出来的。通常,固态继电器内部功率器件结点最高允许温度为125摄氏度。为安全保险起见,一般保留10摄氏度的安全余量,所选散热器要保证固态继电器内部功率器件结点温度不要超过115摄氏度Tj=功率(P)×总热阻。固态继电器生产商提供固态继电器内部功率元件结点到基板的热阻,散热器生产商提供散热器到周围空气的热阻,而固态继电器基板与散热器之间的热阻取决于安装过程,确保固态继电器基板与散热器安装面干净,平整,光板(不要涂漆)对降低热阻非常重要。另外,在固态继电器基板和散热器之间涂上一层薄薄的导热材料(如导热硅脂),可以大大减少固态继电器与散热器的接触热阻。请务必注意,导热材料不能太厚,如果太厚只会增加热阻,还不如不用。正确的做法是:图上薄薄一层导热材料,然后用力压紧固态继电器和散热器,并左右旋转,使固态继电器基板与散热器接触良好。

在一些应用中,固态继电器可以直接安装到箱体的背板上。根据箱体的材料和环境温度情况,一般在负载为78安培时,可以采用这种方式,但箱体绝对不能有任何涂漆,必须是光板,并且每个固态继电器所占用的面积不能小于25平方英寸。当电流更大时,必须选用适当的散热器。通过如图1所示的性能曲线,选择合适热阻的散热器。


此图以50安培固态继电器为例。假设工作电流为30安培,从左边功率消耗曲线可以知道,固态继电器此时消耗的功率为30瓦,水平往右,我们可以发现,如果环境温度为40度,则需要选用热阻为2/W热阻的散热器,然而,固态继电器内部功率元件节点极限温度是115℃,因此选用热阻为1.5/W热阻的散热器会更合适。从31W功率点一直往右看,我们可以知道,对于功率元件结点温度为125℃,基板所允许的最高温度为106℃(在此例中).然而我们必须留有10℃的温度余量,因此基板的最高温度不能超过96.


如图2 HS-1HS-2两种散热器热阻曲线所示,散热器热阻不仅是散热面积的函数,也是散热功率的函数。我们需要考虑多因个素,来选择一个即在散热方面满足要求,又在机械安装方面满足要求的散热器。


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