Преобразуя предыдущее выражение, получаем
t2-t0 t2-t1
DTj2 = PM (Z(th)tja - Z(th)tja).
Для упрощения расчетных выражений далее применим следующие обозначения:
t2-t0 tm-tn
Z(th)tjaÞZ; RthjaÞRT; Z(th)tja Þ Z2-0; Z(th)tjaÞZ m-n.
Рис.1.1 Рис.1.2
Рис.1.3
Тогда выражение для расчета dTj2 будет иметь вид
DTj2 = PM (Z2-0 – Z2-1).
2.Расчетные соотношения для различных видов
ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ ПРИБОРОВ
Тепловая нагрузка прибора определяется законом выделения тепла в приборе. От него зависит температура перехода прибора. Поскольку законы выделения тепла могут быть самыми различными, то для расчета температуры перехода пользуются различными расчетными соотношениями в каждом конкретном случае.
Рассмотрим некоторые из них.
1.Непрерывная установившаяся нагрузка (рис.2.1). Температура перехода в установившемся режиме
Tj = Та +PMRT
2.Однократный импульс нагрузки (рис.2.2). Температура перехода в момент времени t1
Tj1 = Ta + PMZ1-0,
а в момент времени t2
Tj2 = Ta + PM(Z2-0 – Z2-1)
3.Серия коротких импульсов (рис.2.3). Температура перехода в момент времени t1
Tj1 = PMZ1-0,
в момент времени t3
Tj2 = Ta + PM1(Z3-0 – Z3-1) + PM2 Z3-2,
в момент времени t5
Tj3 = Ta + PM1(Z5-0 – Z5-1) + PM2(Z5-2 - Z5-3) + PM3 Z5-4.
Рис.2.1
Рис.2.2
Рис.2.3
Рис.2.4
Для случая, когда PM1 = PM2 = PM1 = PM, предыдущее выражение упрощается:
Tj3 = Ta + PM(Z5-0 - Z5-1 + Z5-2 - Z5-3 + Z5-4).
4.Длинная серия импульсов (рис.2.4) постоянной частоты fи =1/Т.
Температура перехода Tj в конце каждого импульса мощности равной амплитуды
Tj = Ta + PM(tиRT/T + (1 - tи/T)Ztи+Т – ZТ + Ztи).
На практике могут встречаться много других видов тепловой нагрузки приборов, значения температур перехода для которых рассчитываются по иным выражениям. Их можно найти в специальной и справочной литературе по тепловым расчетам.
В любом случае должно соблюдаться требование, чтобы наибольшее значение температуры перехода прибора при любых режимах его работы было меньше значения предельно допустимой температуры Tjm.
3.Определение параметров эквивалентного
ПРЯМОУГОЛЬНОГО ИМПУЛЬСА МОЩНОСТИ
Для расчета температуры перехода применяется величина греющей мощности . Но на практике такой информации у разработчиков как правило нет. Разработчик чаще всего оперирует значениями токов и напряжений на приборе, а значения греющей мощности получает косвенным путем.
Греющую мощность можно найти зная закон изменения тока через прибор и его вольт-амперную характеристику (ВАХ).
При протекании через прибор импульсов тока произвольной формы и длительности может быть применен графоаналитический метод расчета параметров эквивалентного прямоугольного импульса мощности.
Для его использования необходим график импульса тока через прибор и прямая ветвь его ВАХ, а для тиристоров - ВАХ открытого состояния.
Обычно приборы работают при температурах близких к предельно допустимым. Поэтому для расчетов используется и ВАХ, снятая при этой же температуре.
Порядок расчета при графоаналитическом методе может быть следующим.
1. Определяется закон изменения тока через прибор.
Для этого можно:
1)воспользоваться осциллограммой тока i = f(t), снятой на реальном электронном устройстве или его физической модели (рис.3.1.).
Рис.3.1.
2)рассчитать его по выражениям, полученным в результате анализа математической модели электронного устройства.
Во втором случае, если импульс тока состоит из нескольких интервалов, на каждом из которых закон изменения тока различен, то можно применить метод припассовывания. В этом случае расчет каждого интервала производят отдельно и независимо от расчетов остальных интервалов, а затем совмещают графики в одних осях в порядке чередования интервалов.
Например, в случае двух интервалов сначала рассчитывают ток I1 = f(t) на первом интервале jот 0 и до момента Т1 окончания первого интервала импульса тока и строят его график.
Рис.3.2.
Затем рассчитывается ток I2 = f(t) на втором интервале импульса тока.
Конечное значение Iк1 тока I1 = f(t) при t = Т1 подставляют в функцию тока I2 = f(t) на втором интервале и рассчитывают мгновенные значения этого тока от t = 0 до момента Т2 прохождения тока через нуль.
Рис.3.3.
Строят график тока I2 = f(t) на втором интервале импульса (рис.3.3.).
2. Стыкуя графики первого (рис.3.2.) и второго (рис.3.3) интервалов, строят график зависимости всего тока i = f(t) через прибор от времени (рис.3.1).
3. По ВАХ прибора (рис.3.4.) для предельно допустимой температуры перехода Tjm для различных моментов времени определяется величина падения напряжения на приборе.
Рис.3.4.
4. Строится график (рис.3.5.) зависимости напряжения u = f(t) на приборе от времени.
5. Для различных моментов времени определяется выделяемая в приборе мощность путем перемножения тока и напряжения для конкретных моментов времени.
6. Строится график зависимости мощности, выделяемой в приборе, от времени(рис.3.6).
Рис.3.5.
7. Определяют амплитудное значение мощности PM и высоту Н импульса на графике (рис.3.6.).
Рис.3.6.
8. Интегрированием или графо-аналитическим методом находится площадь S импульса мощности p = f(t).
9. По значению амплитуды мощности Рm и площади S её импульса рассчитывается длительность Тп эквивалентного прямоугольного импульса мощности, на графике откладывается его ширина Ltп = S/H, и строится эквивалентный импульс мощности.
Имея параметры эквивалентного прямоугольного импульса, можно по зависимостям Z(th)tja = f(t) при t = Ти определить значение переходного теплового сопротивления Z(th)tja и рассчитать температуру перехода Tj по известным расчетным соотношениям для различных видов тепловой нагрузки, приведенных в разделе 2.