讨论:“固态继电器”(SSR)的散热问题 点击:4137 | 回复:16



OMEGA123456

    
  • 精华:29帖
  • 求助:0帖
  • 帖子:61帖 | 187回
  • 年度积分:0
  • 历史总积分:996
  • 注册:2015年8月21日
发表于:2015-12-15 10:29:26
楼主

讨论:“固态继电器”(SSR)的散热问题

继版主上篇贴子讨论了“固态继电器”后,今天我们来讨论讨论固态继电器(SSR)的散热问题。关于“固态继电器”的介绍,坛友们可点击查看“全方位解析‘固态继电器’(SSR)”一文。

使用SSR时,应考虑的重要问题之一是必须采用有效的方法疏散SSR外壳中的热量而不能过度地任它承受。最常见的方法是使用散热片。SSR具有较高的“接触”耗散,超过1 W/A。

对于5A以下的负载,通过围绕SSR 自由流动的空气或强制气流围绕SSR 流动进行冷却通常就足够了。电流更大时,需要确保散热面与散热片良好接触。这需要将SSR底座安装到良好的热导体上,通常为铝。用导热硅脂或散热膏便可实现SSR和散热片之间的良好热传输。使用该方法时,SSR 外壳到散热片的热阻(RΘCS)被降到 0.1°C/W(摄氏度/瓦)或更小,小到可以忽略不计。该值通常被假定并包含在热数据中。图18中的简化热模型显示了热设计中要考虑的基本要素。由用户确定的值包括前面所述的外壳到散热片的界面热阻(RΘCS),以及散热片到环境的界面热阻(RΘCS)。

热计算

图18显示了输出半导体结点与周围环境之间的热关系。TJ - TA是结点到环境的温度梯度或温度下降值,它是热阻的总和乘以结点功率耗散(P瓦)。因此
TJ - TA = P(RΘJC + RΘCS + RΘSA)
其中
TJ = 结点温度°C
TA = 环境温度°C
P = 功率耗散
      (ILOAD x EDROP),W

RΘJC = 结点到外壳的热阻,
        °C/W
RΘCS = 外壳到散热片的热阻,
        °C/W
RΘSA = 散热片到环境的热阻,
        °C/W

使用此公式时,必须已知最高结点温度,典型值为125°C,以及实际功率耗散,比如说10A的SSR为12W,假定输出半导体两端有1.2V的有效(并非实际)压降。通过乘以有效压降(EDROP)确定功率耗散(P瓦)。

假设从结点到外壳的热阻(RΘJC)为 1.3°C/W,将上面的典型值代入公式,可以找出未知参数的解法,如最大负载电流、最高工作温度,以及合适的散热片热阻。当已知这些参数中的两个时,可以解出第三个,如下面的示例中所示:

无论SSR在散热片上使用还是外壳由其它方法冷却,当特定参数已知时,可以通过直接测量底座温度来确认合适的工作条件。使用同样的基本公式,只是用底座温度(TC)替代环境温度(TA)且删除RΘCS和RΘSA。此时,温度梯度变成了TJ - TC,是热阻(RΘJC) 乘以结点功率耗散(P瓦)。因此:

TJ - TC = P(RΘJC)

参数关系相似,可以找出最高允许外壳温度、最大负载电流和要求的结点到外壳热阻(RΘJC)的解法。同样,当已知这些参数中的两个时,可以解出第三个,如下面示例中所示(使用前面的值):


在示例(a)到(c)中,确定了使用散热片的SSR与环境空气温度相关联的工作条件。同样地,只要给出外壳的散热特性(RΘJA)的值,也可以确定在自由空气中工作的无散热片的SSR的条件。此值极少给出,当给出时经常与(RΘJC)结合起来,用(RΘJA)表示。公式如下:

与前面一样,此公式可以用来计算最大负载电流和最高环境温度。但是,由于有许多变量影响外壳与空气之间的关系(即定位、安装、堆叠、空气运动等),解出的值可能不太准确。

自由空气的性能通常与5A以下的 PCB或插接SSR有关,没有金属底座可以测量。在什么地方测量空气温度通常是一个问题。对此没有一个明确的答案。当SSR紧密地堆叠在一起时,每个都为与其相邻的部件创造一种虚假环境,测量就更加困难了。建议的一种方法是在距目标SSR约1 英寸的水平面上放一只温度探头或热电偶。这种方法比较精确且允许重复操作。

额定值

较低功率的SSR的自由空气性能在产品目录中常常用单条降级曲线说明,是基于前面公式的电流与环境温度关系曲线,这适合大多数情况。

散热

在最坏的情况下,SSR外壳温度应不超过图19中右边纵向刻度所示的最高允许温度。


图20以外形轮廓形式显示了压铝散热片材料的典型的翅片状断面。2英寸长的这种材料的热特性接近于图 21中的曲线(a),同样,4英寸长的材料接近于曲线(b)。此处假设散热片的定位使翅片处在垂直面上,气流不受阻。

作为一般规则,2英寸长的挤压散热片(曲线(a))适合额定值最高为10A 的SSR,而4英寸长(曲线(b))的将用在额定值最高为20A的SSR上。对于额定值大于20A的电力SSR,则需要图22所示的重型散热片。5.5英寸长的挤压散热片的性能接近于图23所示的特征。

图23:重型散热片的典型自由运动空气特性,温升与耗散的功率


并非所有散热片制造商都用°C/W来表示散热片的特性。有些制造商用相对于环境温度的温升值表示,如图23 所示。在这种情况下,通过用功率耗散(W)除以温升(°C)来得到RΘSA的值。例如:取功率耗散刻度轴上60W 的点,自由空气曲线将指示40度的温升。因此:


SSRL240DC50固态继电器,图片小于实际尺寸,带FHS-2散热片,详细信息请访问cn.omega.com


在许多应用中,SSR安装在一个面板或底座上,这也足以作为散热片了。通过保证平坦、使用散热膏和刮除油漆等措施最大程度地提高效率,要如前面所述确认是否工作正常,只需在最高环境温度下测量底座(SSR)的温度就可以了。


如果SSR装置未提供适当的散热片,可从现有多种市售散热片中选择。每种配置具有自己独特的热特性,通常制造商的性能曲线和应用数据都有充分说明。





斜阳望江

  • 精华:0帖
  • 求助:0帖
  • 帖子:0帖 | 26回
  • 年度积分:0
  • 历史总积分:26
  • 注册:2015年8月13日
发表于:2015-12-16 13:33:19
1楼

很专业,谢谢楼主的分享。

Smile-lyc

  • [管理员]
  • 精华:114帖
  • 求助:50帖
  • 帖子:2793帖 | 22283回
  • 年度积分:311
  • 历史总积分:144042
  • 注册:2006年8月04日
发表于:2015-12-16 21:43:24
2楼


引用 斜阳望江 的回复内容: 很专业,谢谢楼主的分享。


OMEGA123456

  • 精华:29帖
  • 求助:0帖
  • 帖子:61帖 | 187回
  • 年度积分:0
  • 历史总积分:996
  • 注册:2015年8月21日
发表于:2015-12-17 10:43:38
3楼

回复内容:谢谢!

对: 斜阳望江 很专业,谢谢楼主的分享。 内容的回复!

 

OMEGA123456

  • 精华:29帖
  • 求助:0帖
  • 帖子:61帖 | 187回
  • 年度积分:0
  • 历史总积分:996
  • 注册:2015年8月21日
发表于:2015-12-17 10:43:52
4楼

回复内容:谢谢!

对: Smile-lyc 引用 斜阳望江 的回复内容: 很专业,谢谢楼主的分享。 内容的回复!

 

江湖走走--原创军团

  • [版主]
  • 精华:30帖
  • 求助:7帖
  • 帖子:836帖 | 7833回
  • 年度积分:193
  • 历史总积分:46108
  • 注册:2001年2月15日
发表于:2015-12-17 14:34:19
5楼

不错,学习了,虽然用的少,也有用过

OMEGA123456

  • 精华:29帖
  • 求助:0帖
  • 帖子:61帖 | 187回
  • 年度积分:0
  • 历史总积分:996
  • 注册:2015年8月21日
发表于:2015-12-17 16:35:24
6楼

回复内容:谢谢支持!

对: 江湖走走--原创军团 不错,学习了,虽然用的少,也有用过 内容的回复!

 

gg7348

  • 精华:0帖
  • 求助:0帖
  • 帖子:0帖 | 1回
  • 年度积分:0
  • 历史总积分:1
  • 注册:2008年6月27日
发表于:2015-12-18 08:48:53
7楼

好。。。。。。。。。。。。。。。。。

OMEGA123456

  • 精华:29帖
  • 求助:0帖
  • 帖子:61帖 | 187回
  • 年度积分:0
  • 历史总积分:996
  • 注册:2015年8月21日
发表于:2015-12-18 09:36:05
8楼

回复内容:谢谢支持!

对: gg7348 好。。。。。。。。。。。。。。。。。 内容的回复!

 

研讨会宣传员_3259

  • [版主]
  • 精华:3帖
  • 求助:110帖
  • 帖子:1927帖 | 14403回
  • 年度积分:102
  • 历史总积分:64749
  • 注册:2020年3月27日
发表于:2015-12-26 21:37:18
9楼
这个散热器的选择非常详细,我记得在散热器的说明书中见过。

OMEGA123456

  • 精华:29帖
  • 求助:0帖
  • 帖子:61帖 | 187回
  • 年度积分:0
  • 历史总积分:996
  • 注册:2015年8月21日
发表于:2015-12-28 09:39:52
10楼

回复内容:谢谢您的支持!

对: 研讨会宣传员_3259 这个散热器的选择非常详细,我记得在散热器的说明书中见过。 内容的回复!

 

笨笨小白杨

  • 精华:0帖
  • 求助:0帖
  • 帖子:8帖 | 313回
  • 年度积分:3
  • 历史总积分:129
  • 注册:2015年12月28日
发表于:2015-12-30 09:08:03
11楼

很专业,谢谢楼主的分享

OMEGA123456

  • 精华:29帖
  • 求助:0帖
  • 帖子:61帖 | 187回
  • 年度积分:0
  • 历史总积分:996
  • 注册:2015年8月21日
发表于:2015-12-30 11:38:35
12楼

回复内容:谢谢您对OMEGA工业测量的支持!

对: 笨笨小白杨 很专业,谢谢楼主的分享 内容的回复!

 

rocky1896

  • 精华:0帖
  • 求助:0帖
  • 帖子:0帖 | 20回
  • 年度积分:0
  • 历史总积分:8
  • 注册:2012年3月04日
发表于:2016-01-22 13:56:04
13楼

看到这么多公式,第一下跪了,第二下睡着了

当年四年训练的结果

sileizhihen

  • 精华:0帖
  • 求助:0帖
  • 帖子:2帖 | 473回
  • 年度积分:0
  • 历史总积分:2657
  • 注册:2011年7月11日
发表于:2016-01-25 16:59:11
14楼


引用 笨笨小白杨 的回复内容: 很专业,谢谢楼主的分享


OMEGA123456

  • 精华:29帖
  • 求助:0帖
  • 帖子:61帖 | 187回
  • 年度积分:0
  • 历史总积分:996
  • 注册:2015年8月21日
发表于:2016-01-26 16:20:08
15楼

回复内容: 继续加油哦!哈哈

对: rocky1896 看到这么多公式,第一下跪了,第二下睡着了当年四年训练的结果 内容的回复!

 

取经中的少年

  • 精华:0帖
  • 求助:0帖
  • 帖子:4帖 | 3回
  • 年度积分:0
  • 历史总积分:0
  • 注册:2016年7月03日
发表于:2016-09-09 10:05:56
16楼

我们公司最近研发了一种无需散热器的电子超导型固态继电器,是由电子器件与继电器相结合的新型固态继电器,在大电流工作时导通压降小(输出端70安时压降<0.02Vrms)、功耗小(最大电能耗损<2.5w)、发热量小。感兴趣的话可以看看。


热门招聘
相关主题

官方公众号

智造工程师