transistor mosfet et radiateur à ailettes

[Black Jack 2]

Bonjour Black Jack 2,

Merci pour ta réponse.

Pour un module dont la répartition de puissance dans les 2 transistors est de 48% et 52%.
Cela reviendrais donc à dire pour 375W on a 180W et 195W?

Vj = 26 + 4800*R + (0,23/4 * (4*180))+(0.23/4*(4*195))
R=0.021°C/W

Est-ce que cela est plus correcte?

Pour la température ambiante si c'est celle du local, elle est aérer et on a 26°C

Bonjour,

Non, cela doit varier dans l'autre sens.

Tj = Ta + 4800*R + 0,23 * 375 * 0,52

150 = 26 + 4800*R + 44,85
Rth(sa) = 0,0165 °C/W
*****

Quant au Ta que l'on trouve dans l'équation, c'est la température de l'air à proximité du refroidisseur dans l'armoire et pas celle de l'air extérieur à l'armoire.

Même avec un ventilateur tirant son air à l'extérieur de l'armoire et soufflant sur le refroidisseur, on n'aura pas la température dans l'armoire près du refroidisseur égale à la température extérieure à l'armoire. Le différence de température entre Ta (dans l'armoire à proximité du refroidisseur) et la température extérieure à l'armoire pourra être minimisée par une ventilation suffisamment costaude ... mais espérer que cette différence sera nulle (ou presque) est bien hardi. 4800 W c'est déjà une jolie chaufferette ... qui pourrait d'ailleurs même faire augmenter la température de la pièce si des moyens adéquats pour l'empêcher ne sont pas présents (comme par exemple de la climatisation dans la pièce).
-----

[quentino]

Concernant le Ta, je comprends beaucoup mieux. Merci

Par contre concernant le calcul de Tj, je suis un peu perdu
Je ne comprends pas d'où vient 0,23 * 375 * 0,52 si je me base sur mon schéma électrique précédent.

[Black Jack 2]

Concernant le Ta, je comprends beaucoup mieux. Merci

Par contre concernant le calcul de Tj, je suis un peu perdu
Je ne comprends pas d'où vient 0,23 * 375 * 0,52 si je me base sur mon schéma électrique précédent.

Tu changes les conditions à chaque message ... et donc ce qui était correct à un moment ne l'est plus à la réponse suivante.

Ici tu as doublé le nombre de transistors et de plus tu n'as pas mis la même puissance dans 2 transistors constituant une paire.

Et donc le modèle qui était correct avec les données primitives ne l'est plus tout à fait avec les nouvelles conditions.

Voila présenté un poil différemment :

Delta theta entre ambiance et refroidisseur = Rth(as) * 4800

Le transistor qui dissipe le plus, dissipe : 375 * 0,52 = 195 W
Donc la température de sa jonction est supérieure à celle du refroidisseur de (0,05 + 0,18) * 195 = 44,85 °C (graisse thermique et Rth(jc) prises en compte)

La température de jonction du transistor qui dissipe le plus est Tj = Ta + Rth(a-s) * 4800 + 44,85

Comme Tj max = 150 °C, on a : Rth(as)max = (150 - 44,85 - Ta )/4800 = (105,15 - Ta)/4800

Et si Ta = 26 °C, il vient : Rth(as)max = (105,15 - 26)/4800 = 0,0165 °C/W

[quentino]

c'est pas faux ta remarque!
Mais ici j'ai modifié un peu l'énoncé de départ pour vérifier si j'avais compris avec une autre situation.

Par contre tes remarques me font aussi réfléchir et du coup la situation change un peu

Le faite de doublé les transistors c'était mon nouvel énoncé.
Par contre le faite que j'ai mis deux puissances différentes dans 2 transistors constituant une paire c'était suite à ta remarque précédente:

"C'est un peu optimiste car la répartition de puissance dans les groupes de 2 transistors qui dissipent le plus n'est pas pile de 50 %"

Du coup je disais que pour chaque module constitué de 2 transistors, la répartition de puissance est de 48% et 52%, soit pour 375 W on a transistor1 = 180W et transistor2 = 195W.
Donc au total pour la rangé de 4x375W on a 4 transistors de 180W et 4 transistors de 195W.

Sinon merci pour les explications. Ce que j'ai un peu plus de mal à comprendre c'est le 0,52 à quoi correspond elle? J'ai compris que 195/375= 0,52 mais si je dois l'expliquer que cela veut-il dire?

J'espère que je ne t'ennuie pas trop avec mes questions.

[Black Jack 2]

c'est pas faux ta remarque!
Mais ici j'ai modifié un peu l'énoncé de départ pour vérifier si j'avais compris avec une autre situation.

Par contre tes remarques me font aussi réfléchir et du coup la situation change un peu

Le faite de doublé les transistors c'était mon nouvel énoncé.
Par contre le faite que j'ai mis deux puissances différentes dans 2 transistors constituant une paire c'était suite à ta remarque précédente:

"C'est un peu optimiste car la répartition de puissance dans les groupes de 2 transistors qui dissipent le plus n'est pas pile de 50 %"

Du coup je disais que pour chaque module constitué de 2 transistors, la répartition de puissance est de 48% et 52%, soit pour 375 W on a transistor1 = 180W et transistor2 = 195W.
Donc au total pour la rangé de 4x375W on a 4 transistors de 180W et 4 transistors de 195W.

Sinon merci pour les explications. Ce que j'ai un peu plus de mal à comprendre c'est le 0,52 à quoi correspond elle? J'ai compris que 195/375= 0,52 mais si je dois l'expliquer que cela veut-il dire?

J'espère que je ne t'ennuie pas trop avec mes questions.

Bonjour,

Ce n'est pas moi qui ai introduit les 52 % et 48 %, c'est toi dans un message précédent où tu écris :
"Sachant que pour un module, la répartition de puissance dans les 2 transistors est de 48% et 52%. On a donc pour le module 375W, une répartition de 180W pour le transistor 1 et 195W pour le transistor 2."

Pour moi, je ne vois aucune bonne raison pour ne pas partager équitablement la puissance entre les transistors, pas plus que je ne vois l'intérêt d'avoir des "groupes" avec 375 W et d'autres à d'autres puissances.
Il y aurait un petit gain en température de jonction si tous les 32 (16 auparavant) transistors dissipaient la même puissance maximale, soit donc 4800/32 = 150 W (alors qu'avec 52 % de 375 W, certains des transistors, ceux qui vont avoir une température de jonction maximale, dissipent 195 W)
Gain en température immédiat si la puissance était la même dans tous les transistors = 0,23 * (195-150) = 10,35 °C (ce qui est loin d'être négligeable).

Autre remarque sur la valeur de Ta (température de l'air à proximité du refroidisseur).
Tu t'obstines à vouloir l'égaler à la température de l'air extérieur à l'armoire ... mais c'est faux.

Petit calcul, sans prétention :
Soit T1 la température de la pièce (extérieur de l'armoire) et soit T2 la température à l'intérieur de l'armoire.
A partir de là, on peut estimer ce qu'il faut comme ventilateur aspirant de l'air à l'extérieur de l'armoire pour l'envoyer dans l'armoire, la même masse d'air ressort évidemment de l'armoire.

La capacité thermique massique de l'air de d'environ Cm = 1000 J/(kg.K), et pour évacuer les 4800 W produit dans l'armoire vers la pièce, il faut donc assurer un débit massique Qm d'air tel que : 4800 = Cm * Qm * (T2 - T1)
Donc Qm = 4,8/(T2 - T1) (en kg/s)

Si on tient compte qu'aux environs de 26 °C, la masse volumique de l'air est 1,18 kg/m³, on peu calculer le débit volumique de l'air (Qv) qui doit être assuré par les ventilateur reliant l'extérieur er l'intérieur de l'armoire : On trouve : Qv = 3,72/(T2 - T1) (en m³/s)

Et pour repasser dans une unité généralement utilisée dans les ventilateur (m³/h), on aura : Qv = 12392/(T2-T1) (en m³/h)

On ne peut évidemment pas avoir T2 = T1 (ce que pourtant tu t'obstine à répéter quand du dis que Ta (température ambiante à proximité du refroidisseur) est la même que la température dans la pièce, avoir T2 = T1 demanderait un débit infini aux ventilateur ... ce qui est évidemment impossible.

On DOIT donc accepter une différente de températures (interne versus externe de l'armoire) pour pouvoir monter des ventilateurs "raisonnables".

Si on accepte par exemple T2 - T1 = 10°C (mais alors Ta >= 26 + 10 = 36 °C) le débit des ventilateurs devrait être de 1239 m³/h ... c'est loin d'être des ventilateurs riquiqui.
Et avec T2 - T1 = 20°C (mais alors Ta >= 26 + 20 = 46 °C) le débit des ventilateurs devrait être de 620 m³/h ... c'est déjà costaud ...

[quentino]

Hello,

Oui en effet. Mais je viens de comprendre que 0.52 =52%

Merci pour les explications pour la température ambiante.

Du coup si je reprends ton exemple avec un débit de 620m³/h, est ce que le faite de mettre 3 ventilateurs l'un à côté de l'autre (en parallèle ou pas), le débit sera t'il le même à l'intérieur de l'armoire?

Par exemple j'ai 3 ventilateurs de 206 m³/h est ce que le total sera de 3*206= 620m³/h?

Merci

[Black Jack 2]

Hello,

Oui en effet. Mais je viens de comprendre que 0.52 =52%

Merci pour les explications pour la température ambiante.

Du coup si je reprends ton exemple avec un débit de 620m³/h, est ce que le faite de mettre 3 ventilateurs l'un à côté de l'autre (en parallèle ou pas), le débit sera t'il le même à l'intérieur de l'armoire?

Par exemple j'ai 3 ventilateurs de 206 m³/h est ce que le total sera de 3*206= 620m³/h?

Merci

Bonjour,

L'augmentation de débit (par rapport à 1 seul ventilateur) en mettant plusieurs ventilateurs en "parallèle" dépend très fort de la "résistance au débit" donc de la manière dont l'air peut "voyager" et "ressortir" de l'armoire.

Voir par exemple sur ce lien :

https://www.digikey.be/fr/articles/i...;air%20maximal.

On voit cette influence sur la figure 7 (pour le principe)

Mais ne n'ai aucune idée de où se situe la "résistance au débit" dans ton application.

Mais on est en tout cas certains que 3 ventilateurs identiques en parallèle ne donneront pas 3 fois le débit d'un seul ventilateur.

[quentino]

Bonjour,

Merci pour les explications et le lien. C'est plus claire pour moi

[quentino]

Bonjour,

J'ai une autre question peut-être plus dans la conception mécanique-thermique.

En faite j'aimerai dimensionner une plaque froide à eau. Cette plaque est composé d'une plaque en aluminium, et d'un serpentin en cuivre (tube).
Le but est de remplacer la refroidisseur à ailette (résistance thermique d'environ 0.015°C/W).

Du coup pour dimensionner cela je compte déterminer le diamètre du tube en cuivre en partant du débit hydraulique (https://www.guidebatimentdurable.bru...-pertes-charge)

Une fois le diamètre du tube déterminé, je compte calculer le Rth de la plaque froide à partir des éléments ci-dessous:

Rthplaque = (e/λ*s) (par conduction)

Plaque vers la parois du tube en cuivre par conduction Rth= (ln (r2/r1)/2π λL)

la parois du tube en cuivre au fluide froid par convection Rth =(1/h*s).

Et du coup le Rth de la plaque serait la somme des résistance thermique calculé.

Est ce que mon raisonnement semble correcte ? Ou il existe une manière bien défini de dimensionner cela?


Merci de votre aide

ps: un exemple de la plaque froide avec vue de dessous. Les 4 pieds sont des supports pour le poser.

[quentino]

Bonjour BlackJack,

Je rebondis sur le sujet du radiateur-ventilateur, car que je pense que j'ai louper quelque chose:

Concernant le choix du refroidisseur thermique:

Si après calcul j'obtient une résistance thermique de 0.009°C/W et qu'en cherchant dans un catalogue je tombe sur un radiateur avec Rth=0.015°C/W et il est mis vitesse de l'air v=5m/s . Je suppose que cela voudrait dire que la valeur du Rth donnée (0.015°C/W) a déjà pris en compte le coefficient de proportionnalité 0,2 dans sont calcul pour la convection forcée? Ou il doit encore se calculer (soit 0.015*0.2= 0.003°C/W)?


Exemple de radiateur (voir le diagramme du Rth): https://www.fischerelektronik.de/we...61_/index.xhtml

Coefficient de proportionnalité: https://www.abcelectronique.com/for...tachmentid=7578

[Antoane]

Bonjour,

C'est déjà pris en compte, puisque la Rth est explicitement donnée pour v=5 m/s.
Note que ce coefficient n'est pas universel, il dépend du radiateur considéré.

[quentino]

Oki merci pour cette info.

Et tant que j'y suis j'ai encore une autre question

En faite le refroidisseur, qui est utilisé pour refroidir des transistors de max 195W, a une valeur de Rth=0.015°C/W (avec ventilateur)
Et moi après calcul j'ai vérifier le Rth et j'obtiens une valeur de 0.012°C/W (j'ai verifié à plusieurs reprise mes calculs et ne vois pas d'erreur)

Dans la pratique aucun transistors n'a grillé, et la température relevé est d'environ 79°C pour plus de 1000 seconde de test et n'atteint pas la limite de puissance (selon courbe de limite de puissance) qui est de 115°C à 195W.

Est ce que je peux tout de même conserver le radiateur où il est conseiller de prendre un radiateur avec un Rth plus petit ou égal à 0.012°C/W. Après tout ce ne sont que 3/1000 de différence. Est-ce négligeable? Ou est ce que la durée de vie du composant va en dépendre?

[Antoane]

Les calculs thermiques sont trés approximatifs, les valeurs de Rth dépendent de nombreux paramètres plus ou moins maîtrisables... Même si la figure que tu donnais plus haut n'est directement applicable, tu vois que de faibles variations de vitesse de vent peuvent complétement changer la Rth du radiateur.
Le vieillissement a également un impact assez collosal :
- diminution de l'apport du ventillateur
- poussière qui diminue les échanges
- Rth du TIM qui augmente.

La Tj max d'un composant n'est pas non plus une valeur à laquelle il y a (nécessairement) défaillance catastrophique.

[quentino]

Mais du coup avec tout ces critères les composants risquent de chauffer encore plus?
Et du coup le Rth de 0.015°C/W n'est pas suffisant or que d'après les tests grandeur nature, les composants ne sont pas en limitation de puissance et donc ne dépasse pas leur température max.

Ce qui voudrait donc dire que dans mon calcul, je dois prévoir une sécurité ? (et donc la Rth sera encore plus petite que 0.012?)

Mais alors je ne comprends pas comment on peut valider expérimentalement le Rth de 0.015°C/W du radiateur si il aurait fallu plutôt un Rth de 0.012°C/W (réalisé par calcul) voir moins si sécurité dans mes calculs?

[Antoane]

Bonjour,

Le vieillissement des systèmes de refroisseent, et en particulier des ventilateurs est effectivement un gros problème.

Il faut donc prendre de la marge lors de la conception / des tests de qualification. C'est le cas pour toutes le grandeurs... mais c'est effectivement plutôt moins reproductible en thermique. Les valeurs typiques donnés dans les datasheet ne sont qe des valeurs typiques...
Ensuite, prévoire de la maintenance pour assurer un bon refroidissemnt en dépis du vieillissement des composants. L'ajout de mesures de températures (eg NTC fixée sur le radiateur) associée (ou non) à des estimateurs / observeurs permet de limiter dynamiquement la puissance dissipée pour limiter la montée en température.

[quentino]

Bonjour,

Sinon quel est l'impact d'un surdimensionnement.
Par exemple un ventilateur légèrement surdimensionner (débit plus grand que celui calculé)?
Et pour une plaque de refroidissement, si le Rth est beaucoup plus petite que celui calculé (par exemple une plaque de 0,009 au lieu de 0,015°C/W). Du coup la plaque est plus performante au niveau résistance thermique , mais quel est l'impact du surdimensionnement dans ce cas?

Merci

[Antoane]

Bonjour,

Facile : les puces sont plus froides que prévu, ce qui n'a quasiment que des avantages (fiabilité, performance)
A l'opposé, cela signifie que tu payes (éventuellement) plus que nécessaire (i.e.: trop) pour le radiateur.