Меню

Мощность тепловых потерь резистор

Тепловые цепи

Практика и расчет

на страницах сайта

www.electrosad.ru

Попробую здесь рассказать о теплопроводности, тепловом сопротивлении и оценочном расчете последнего для элементарной и сложной цепи применительно к конструкции современного процессора. Общие принципы расчета применимы и в других случаях.

Теплопроводность — это способность вещества пропускать через свой объём тепловую энергию. Теплопроводность обусловлена передачей кинетической (колебательной) энергии атомов (молекул), составляющих тело (вещество), в горячей области к менее нагретым областям. В результате чего, средняя кинетическая энергия атомов (молекул) выравнивается, как и температура в объеме тела (вещества).

Закон теплопроводности Фурье

В установившемся режиме поток энергии (JE), передающейся посредством теплопроводности, пропорционален градиенту температуры (dT) на единице пути этого потока.

Знак минус указывает, что энергия переносится в направлении убывания температуры.

Коэффициент пропорциональности λ обуславливает взаимосвязь входящих в формулу элементов и служит для количественной оценки способности материала (вещества) проводить тепло. Его называют коэффициентом теплопроводности материала, он имеет размерность Вт/(м·K).

λ = (P*h)/(S* Δ T) (Вт*м/м 2 *К) или Вт/(м·K) [2]

Полная запись размерности теплопроводности (Вт*м)/(м 2 *К), что дает после деления числителя и знаменателя на м размерность Вт/(м·K).

Когда речь идет о стационарном потоке тепла распространяющимся от одной большой грани параллелепипеда к другой:

P — полная мощность тепловых потерь Вт (тепловой поток дж/сек ),
S
— площадь области теплообмена м 2 ,
ΔT — перепад температур на контролируемом участке град.С,
h
— толщина тепло проводящего слоя м,
λ — коэффициент теплопроводности Вт/(м·K).

Тепловое сопротивление

Тепловое сопротивление определяет падение температуры на пути прохождения теплового потока.

Rt = Δ T/P К/ Вт или (°С/Вт) [4]

Это значит Rt — определяется отношением разности температур горячей и холодной поверхности Δ T тепло проводящего материала к проходящему по нему тепловому потоку P.

С другой стороны тепловое сопротивление Rt равно:

Тепловая цепь имеет полную аналогию токовой цепи.

Аналогии электрических и тепловых величин
Электрическая цепь Тепловая цепь
Наименование Обозначение,
формула
Ед. измерения Наименование Обозначение,
формула
Ед. измерения
Удельное
сопротивление
ρ (ом*м2)/м
или
ом*м
Удельная теплопроводность λ
1/λм*К/Вт
(Вт*м)/(м 2 *К)
или
Вт/(м·K)
Электрическое сопротивление R=ρ*(l/S) (ом) Тепловое
сопротивление
Rt=1/λ*h/S (°С/Вт)
Ток I (Ампер) Тепловой поток P (Дж/сек, Вт)
Напряжение V (Вольт) Перегрев θ (К, °С)
Потенциал φ Вольт Температура T (К, °С)

Все э то относится к каждому элементу (слою) тепловой цепи и цепочки элементов составляющих сложную цепь.

Тепловая цепь

Как существует аналогия между параметрами электрической и тепловой цепей, так же можно проводить аналогию между схемой тепловой и электрической цепями.

На рис. 1 показана схема, которая описывает тепловую цепь кулера процессора.

R кр — тепловое сопротивление кристалла процессора, не может быть равно нулю,

R ти — тепловое сопротивление термоинтерфейса кристалл — тепло распределительная крышка,

R ТРк — тепловое сопротивление тепло распределительной крышки процессора,

R проц — суммарное тепловое сопротивление процессора ( R проц = R кр + R ти + R ТРк )

Rти — тепловое сопротивление термоинтерфейса процессор — кулер,

Rкул — тепловое сопротивление кулера.

Эта цепь полностью эквивалентна последовательной электрической цепи с током из 5 (3*) последовательно включенных резисторов.

*- элементы R кр, R ти, R ТРк могут быть заменены элементом R проц имеющим параметры эквивалентные суммарным параметрам трех перечисленных элементов.

Тепловое сопротивление каждого входящего в цепь узла (как правило, состоящего из нескольких элементов) может в свою очередь описываться своей схемой из нескольких элементов. Пример R проц на рис. 1. Практика расчетов показывает, что чем более подробна схема каждого элемента цепи (содержит больше элементов) тем точнее получается ее расчет.

В тепловой цепи имеет место падение температуры от температуры генератора (источника тепловыделения) к температуре окружающей среды при прохождении теплового потока мощностью Р.

На каждом элементе цепи, в этом случае, имеет место падение температуры Δ t. Аналог падению напряжения Δ U в на резисторе при прохождении тока I в электрической цепи.

Например на тепловом сопротивлении термоинтерфейса — R ти (рис.1) при прохождении теплового потока P, имеет место падение температур (Δ t ) величина которого определяется как:

Применение Rt в расчетах тепловых цепей

Параметры элемента тепловой цепи (например — термоинтерфейса) можно рассчитать используя формулы приведенные ниже.

Из [5] имеем выражение для теплового сопротивления:

Здесь: Rt — тепловое сопротивление участка цепи, h — толщина термоинтерфейса (м), S — площадь эффективной теплопередачи м 2 , λ — коэффициента теплопроводности Вт/(м·K).

Данная формула позволяет, зная коэффициент теплопроводности, контактную площадь и толщину материала рассчитать его тепловое сопротивление. С учетом некоторых требований описанных в следующем разделе.

Падение температуры на тепловом сопротивлении Rt равно:

Δ t = Rt* P ( К или °С )

Перепад температуры Δ t на пути прохождения теплового потока мощностью Р через участок тепловой цепи c сопротивлением Rt пропорционален его величине (Rt) и проходящему через него тепловому потоку Р.

По приведенным формулам можно рассчитать как Rt и Δ t для участка тепловой цепи, так и ее суммарные параметры.

Например имеются данные для полной загрузки процессора:

Читайте также:  Мощность насосной станции марина

Температура воздуха на выходе из кулера процессора равна t1= 33°С или t1=25 °C,
Температура ядра (контролируется встроенным датчиком) процессора 65°С,
TDP (тепловыделение процессора) — 90 Вт.

Суммарное тепловое цепи для T1=33°C равно:
Rt = Δ T/P = 32/90 = 0,35 °С/Вт,

А суммарное тепловое цепи для T1= 25 °C равно:
Rt = 0,44 °С/Вт.

Результат подтверждает мнение, что:

Чем ниже температура в корпусе компьютера тем меньшие требования могут предъявляться к тепловому сопротивлению системы охлаждения.

Или другой вариант,

Чем ниже температура воздуха в корпусе ПК тем большая мощность может быть отведена от охлаждаемого объекта при прочих равных условиях.

Применение приведенных формул, позволяет оценить:

  1. При измеренном перепаде температур Δ t и известном Rt — тепловой поток Р по тепловой цепи,
  2. При известном тепловом потоке Р и Rt перепад температуры Δ t на участке тепловой цепи,
  3. При известном перепаде температур Δ t на участке тепловой цепи и тепловом потоке Р определить тепловое сопротивление Rt .

Это практически все необходимые параметры при расчете тепловых цепей, которые можно иметь при минимальных измерениях (измерения перепада температур) и знании характеристик тепловыделяющих элементов.

Реальная толщина, площадь элемента тепловой цепи

Часто рассчитанные значения теплового сопротивления не соответствуют практически полученным (измеренным) значениям. На результат, в первую очередь, влияет соответствие используемых величин реальным значениям.

На первый взгляд может показаться что площадь элемента тепловой цепи определить проще всего. Бери штангенциркуль, измеряй размер — это и будет площадь.

Просто только там где есть непосредственно тепловыделяющий элемент (кристалл процессора), там можно измерить площадь поверхности теплообмена.

Но, не просто в современных конструкциях!

Где существуют промежуточные узлы типа тепло распределительных крышек современных процессоров.

Особенно сложно это сделать в некоторых конструкциях процессоров где в качестве термо интерфейса между ТР крышкой и кристаллом процессора используются теплороводящие компаунды, а не пайки.

В том и другом случае трудно оценить их влияние на результат расчетов.

— сами ТР крышки, которые выполняются из достаточно тонкой ( h = 1-1,5 мм) медной пластины с гальваническим покрытием. Площадь контактной поверхности в этом случае не равна площади кристалла, а больше него. В то же время в расчетах нельзя использовать полную площадь ТР крышки. Потому, что тепловое сопротивление тонкой пластины вдоль нее велико и уже на расстоянии 5 -10 толщин ТР пластины от источника тепла, его величина соизмерима с тепловым сопротивлением рассматриваемого участка цепи. Поэтому реальная площадь контактной поверхности меньше ТР пластины и ограничена размерами кристалла плюс 5-10 h от него.

— в случае применения компаунда, может оказывать существенное влияние на тепловое сопротивление цепи, поскольку характеристики компаунда неизвестны и обычно компаунды имеют меньшую теплопроводность чем теплопроводность металла.

В случае пайки ТР пластины к кристаллу процессора величина теплового сопротивления контактной поверхности должна учитываться только при точных расчетах, а при прикидочных расчетах его можно считать пренебрежимо малым.

Для точного расчета нужно знать и площадь кристалла и толщину тепло проводящей крышки.
Обычно толщина нормального теплового интерфейса, при заданной его вязкости и расчетном прижимном усилии, лежит в пределах 25 — 75 мкм (см рис 1б по этой ссылке). Это тоже достаточно большой разброс не только для точных расчетов, но и для оценочных.

Имеет место сильная зависимость толщины теплового интерфейса от его вязкости, что делает нежелательным его применение уже через пару месяцев после вскрытия упаковки, особенно это относится к тепло проводящим пастам имеющих в своем составе легко испаряющиеся компоненты. Признаком их наличия является указанная в их документации задержка в достижении номинального теплового сопротивления через N циклов или через NN часов работы.

Точные измерения толщины теплового интерфейса требуют специальных методик из нескольких этапов и наличия контрольно — измерительных приборов.

для измерения толщины теплового интерфейса требуется установка для создания статической прижимной силы и комплекс аппаратуры для измерения емкости теплового интерфейса. Через которую можно установить его толщину.

Учитывая сложность определения реальной площади теплообмена и толщины термо интерфейса для экспериментаторов не имеющих опыта тепловых расчетов и там где производитель не предоставляет этих данных, главным параметром становится температура в заданной точке тепловой цепи. Поэтому можно рекомендовать при практических работах и экспериментах на системах охлаждения использовать Δ t формулу [4]. И только при обнаружении «узких мест» (участков с аномально высоким тепловым сопротивлением) применять формулу [5] для оценки влияющих на тепловое сопротивление факторов. При этом необходимо применять паспортные значения теплового интерфейса (в том числе и его толщину).

Иначе необходимо проводить экспериментальные работы по исследованию характеристик конкретного термо интерфейса и оценке площади теплообмена. Это может потребовать больших затрат времени и денег.

Источник

Мощность тепловых потерь в ограничивающем резисторе

Страницы работы

Содержание работы

Принимаем конденсаторы с одинаковой величиной ёмкости:

По рисунку 5,б [23]находим Н=280 (при m=2), где m-колличество выпрямленных полупериодов напряжения сети.

Читайте также:  Мощность пилы хускварна 140

Проверим величину емкости конденсатора по допустимой величин коэффициента пульсации.

По четной гармонике:

Принимаем максимальное значение ёмкости каждого конденсатора

мкФ. Выбираем керамические конденсаторы К15-5,[23].

Величина сопротивления , ограничивающего ток короткого замыкания в цепи разрядной линии.

где =(5…10) -полный ток разрядной линии с учётом утечки через

По условиям безопасности ток короткого замыкания не должен превышать А, а ограничивающее сопротивление в этом случае должно быть не менее.

Выбираем резистор МЛТ1, [23].

Мощность тепловых потерь в ограничивающем резисторе:

Похожие материалы

Информация о работе

  • АлтГТУ 419
  • АлтГУ 113
  • АмПГУ 296
  • АГТУ 267
  • БИТТУ 794
  • БГТУ «Военмех» 1191
  • БГМУ 172
  • БГТУ 603
  • БГУ 155
  • БГУИР 391
  • БелГУТ 4908
  • БГЭУ 963
  • БНТУ 1070
  • БТЭУ ПК 689
  • БрГУ 179
  • ВНТУ 120
  • ВГУЭС 426
  • ВлГУ 645
  • ВМедА 611
  • ВолгГТУ 235
  • ВНУ им. Даля 166
  • ВЗФЭИ 245
  • ВятГСХА 101
  • ВятГГУ 139
  • ВятГУ 559
  • ГГДСК 171
  • ГомГМК 501
  • ГГМУ 1966
  • ГГТУ им. Сухого 4467
  • ГГУ им. Скорины 1590
  • ГМА им. Макарова 299
  • ДГПУ 159
  • ДальГАУ 279
  • ДВГГУ 134
  • ДВГМУ 408
  • ДВГТУ 936
  • ДВГУПС 305
  • ДВФУ 949
  • ДонГТУ 498
  • ДИТМ МНТУ 109
  • ИвГМА 488
  • ИГХТУ 131
  • ИжГТУ 145
  • КемГППК 171
  • КемГУ 508
  • КГМТУ 270
  • КировАТ 147
  • КГКСЭП 407
  • КГТА им. Дегтярева 174
  • КнАГТУ 2910
  • КрасГАУ 345
  • КрасГМУ 629
  • КГПУ им. Астафьева 133
  • КГТУ (СФУ) 567
  • КГТЭИ (СФУ) 112
  • КПК №2 177
  • КубГТУ 138
  • КубГУ 109
  • КузГПА 182
  • КузГТУ 789
  • МГТУ им. Носова 369
  • МГЭУ им. Сахарова 232
  • МГЭК 249
  • МГПУ 165
  • МАИ 144
  • МАДИ 151
  • МГИУ 1179
  • МГОУ 121
  • МГСУ 331
  • МГУ 273
  • МГУКИ 101
  • МГУПИ 225
  • МГУПС (МИИТ) 637
  • МГУТУ 122
  • МТУСИ 179
  • ХАИ 656
  • ТПУ 455
  • НИУ МЭИ 640
  • НМСУ «Горный» 1701
  • ХПИ 1534
  • НТУУ «КПИ» 213
  • НУК им. Макарова 543
  • НВ 1001
  • НГАВТ 362
  • НГАУ 411
  • НГАСУ 817
  • НГМУ 665
  • НГПУ 214
  • НГТУ 4610
  • НГУ 1993
  • НГУЭУ 499
  • НИИ 201
  • ОмГТУ 302
  • ОмГУПС 230
  • СПбПК №4 115
  • ПГУПС 2489
  • ПГПУ им. Короленко 296
  • ПНТУ им. Кондратюка 120
  • РАНХиГС 190
  • РОАТ МИИТ 608
  • РТА 245
  • РГГМУ 117
  • РГПУ им. Герцена 123
  • РГППУ 142
  • РГСУ 162
  • «МАТИ» — РГТУ 121
  • РГУНиГ 260
  • РЭУ им. Плеханова 123
  • РГАТУ им. Соловьёва 219
  • РязГМУ 125
  • РГРТУ 666
  • СамГТУ 131
  • СПбГАСУ 315
  • ИНЖЭКОН 328
  • СПбГИПСР 136
  • СПбГЛТУ им. Кирова 227
  • СПбГМТУ 143
  • СПбГПМУ 146
  • СПбГПУ 1599
  • СПбГТИ (ТУ) 293
  • СПбГТУРП 236
  • СПбГУ 578
  • ГУАП 524
  • СПбГУНиПТ 291
  • СПбГУПТД 438
  • СПбГУСЭ 226
  • СПбГУТ 194
  • СПГУТД 151
  • СПбГУЭФ 145
  • СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 379
  • ПИМаш 247
  • НИУ ИТМО 531
  • СГТУ им. Гагарина 114
  • СахГУ 278
  • СЗТУ 484
  • СибАГС 249
  • СибГАУ 462
  • СибГИУ 1654
  • СибГТУ 946
  • СГУПС 1473
  • СибГУТИ 2083
  • СибУПК 377
  • СФУ 2424
  • СНАУ 567
  • СумГУ 768
  • ТРТУ 149
  • ТОГУ 551
  • ТГЭУ 325
  • ТГУ (Томск) 276
  • ТГПУ 181
  • ТулГУ 553
  • УкрГАЖТ 234
  • УлГТУ 536
  • УИПКПРО 123
  • УрГПУ 195
  • УГТУ-УПИ 758
  • УГНТУ 570
  • УГТУ 134
  • ХГАЭП 138
  • ХГАФК 110
  • ХНАГХ 407
  • ХНУВД 512
  • ХНУ им. Каразина 305
  • ХНУРЭ 325
  • ХНЭУ 495
  • ЦПУ 157
  • ЧитГУ 220
  • ЮУрГУ 309

Полный список ВУЗов

  • О проекте
  • Реклама на сайте
  • Правообладателям
  • Правила
  • Обратная связь

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Источник



Как определить тепловую мощность резистора

Резисторы присутствуют в каждой электросхеме. Но в различных схемах течет разной величины ток. Не могут же одни и те же компоненты функционировать при 0,1 А и при 100 Ампер. Ведь при протекании тока сопротивление нагревается. Чем выше сила тока, тем интенсивнее нагрев. Значит, и резисторные компоненты должны быть на разную токовую величину. Отражает их возможность функционировать при различных токах такой параметр, как мощность.

Мощность резистора — что это такое, на что влияет

Рассеиваемая мощность резисторного элемента — это макс. ток, который может выдерживать сопротивление долгое время без ущерба для работоспособности.

То есть, этот параметр необходимо подбирать для каждой электросхемы отдельно. Мощность вычисляется с помощью следующей формулы: P = I * R.

Физически рассеиваемый параметр резисторного устройства — это то количество тепла, которое его корпус может «передать» и не сгореть. Мощность в первую очередь влияет на надёжность работы резисторного устройства.

Важно! Все резисторные компоненты, вне зависимости от установленных параметров, функционируют на основании закона Ома, это главный ключ благодаря которому определяется напряжение. Спад напряжения – это разница в показателях на входе и выходе. Внутри механизма протекающий ток меняется или ограничивается – электроны сталкиваются с неоднородной структурой материала проводниковой.

Стандартный ряд мощностей резисторов и их обозначение на схемах

Не забывайте, что резисторные компоненты одного номинала, могут иметь разную мощность. Все зависит от техники создания, материала корпуса. Ниже указан ряд мощностей и их официальное обозначение.

Читайте также:  Табло выход молния 12в подача свето звукового сигнала выход напряжение питания 12в мощность
Вт Условное обозначение на электросхемах
мощность резисторного компонента 0,05 Вт Как подписывается на схеме 0,05 В.
мощность элемента 0,125 Вт мощность резистора 0,125 Ватт.
мощность 0,025 Вт как на схеме выделяется элемент с мощностью 0,25 Вт
мощность 0,5 Вт таким образом, на схеме выделяется резистор мощностью 0,5 Ватт.
мощность 1 Вт мощность резистора 1 В.
мощность 2 Вт мощность рассеивания резистора 2 Вт.
мощность резисторного элемента 5 Вт так выделяется мощность 5 Вт

Графическая кодировка мощностей резисторов на электросхеме — черточки и римские символы. Самое маленькое типовое значение 0,05 Ватт, максимальное — 25 Ватт, но есть и помощнее.
Как указывается мощность слабых деталей необходимо запомнить. Это косого типа линии на прямоугольниках, которыми выделяют сопротивления. При номиналах сопротивлений от 1 Ватта на схеме выставляются определенные римские символы: I, II, III, и так далее. Цифровые обозначения выделяют мощность резисторного компонента в ваттах. О том как определить сопротивление резистора по цвету читайте здесь.

Формула для расчета мощности тока в резисторе, как узнать сколько ватт

Мощность резистора формула:

Здесь, P (Вт) – показатели мощности;

U (В) – напряжение;

Расчет выполнить несложно, как можно заметить, мощность зависит от напряжения и тока.
Если вы не любите формулы, можете попробовать воспользоваться мультиметром, он поможет определить, сколько потребляет резистор.

Как рассчитать мощность рассеивания резистора

Вот мы и узнали, что мощность тока в резисторе рассчитывается по формуле. В реальной цепочке(последовательной или параллельной) через резисторные элементы протекает ток. Поскольку резистор имеет сопротивление, то под влиянием проходящего тока резисторный компонент греется. На нём выделяется немного тепловой энергии. Это и есть та мощность, которая рассеивается на резисторном элементе.

Если в электросхему вмонтировать резистор с мощностью меньше, чем надо, то резисторный компонент в итоге сгорит из-за перегрева. Поэтому, если в схеме требуется заменить резисторное устройство мощностью 0,5 Вт, то устанавливает на 0,5 Ватт и больше.
Каждый резисторный компонент рассчитан на конкретные показатели мощности. Типовой ряд мощностей рассеивания резисторных компонент состоит из значений:

  • 0,125 В.
  • 0,25 В.
  • 0,5 В.
  • 1 Ватт.
  • 2 Ватт.
  • Более 2 Ватт.

Чем крупнее резистор, тем, он мощнее.
К примеру, у нас есть резисторный элемент с сопротивлением 100 Ом. Через него течет ток 0,1 Ампер. Как вычислить его хар-ки мощности?
Тут потребуется сопротивление резистора формула:

R (Ом) – сопротивление цепочки (а точнее резистора);

Все расчёты необходимо выполнять, помня про размерность, даже связанные с площадью.
Определим показатели мощности для нашего резисторного компонента:
на выходе, получается мощность 1 Ватт.
Здесь подойдёт резисторный компонент мощностью 2 В.
Мощность резистора должна быть равна мощности заменяемого.

Как определить по внешнему виду

На принципиальной электросхеме выделена, необходимая мощность резисторного элемента — тут все ясно. Но как вычислить мощность по визуальному виду на плате для печати? В общем, чем огромнее корпус, тем больше он может рассеивать тепла.

На российских сопротивлениях рядом с цифрами ставят букву В и все. А в зарубежных указывают W. Но эти символы есть не всегда. В иностранных может выделяться V или SW перед цифрами. Еще в импортных может также красоваться буква B, а в российских МЛТ может быть пустота или буква W. Сложно что-то понять, конечно. Подробнее о буквенной маркировке резисторов, читайте тут.

Еще есть небольшие замкнутые резисторные устройства, на которых и номинал невозможно поместить. В зарубежных он нанесен цветовыми полосами. Как в таком случае вычислить мощность рассеивания, насколько важен цвет?
В старом ГОСТе была табличка соответствий габаритов и мощностей. Отечественные резисторные элементы по-прежнему изготавливают в соответствии с ней. Импортные, кстати, тоже, но они по габаритам уступают нашим. Однако и с ними можно разобраться.

Если не можете решить, к какой группе причислить определенный экземпляр, лучше считать что он слабый в плане мощности. Тогда компонент точно не сгорит.

Важно! Есть резисторные элементы крупные с малой рассеивающей способностью и наоборот. Но в подобных случаях, обозначают этот параметр в маркировке, как и информацию о соединении.

Определение мощности SMD-резистора по размерам

Так же, как и иные детали, SMD-резисторы рассчитаны на конкретную мощность рассеивания. Но, как её вычислить? Мощность стандартных чип-резисторов, которых сейчас много, можно определить исходя из их размерных характеристик.

Ниже, будет показана табличка №1, в которой выделено соответствие типоразмера СМД-резисторного компонента и его мощности. Также там выделен типовой размер резисторов в дюймовой системе маркировки, а реальные размерные хар-ки указаны в мм.

Так сделали, потому что самой популярной считается система маркировки типоразмера чип-резисторных компонентов в дюймах. Её все эксплуатируют: изготовители, люди занимающиеся поставками и магазины. А для того, чтобы вычислить типовой размер и мощность выделяемую на резисторе, вы должны определить длину и ширину с помощью линейки.
Таблица №1.

Источник