CHLAZENI

Příklad 3: Chladič pro nízkofrekvenční výkonový zesilovač

Navrhněte chladič pro dvojitý nízkofrekvenční výkonový zesilovač (stereo), osazený dvěma integrovanými
obvody TDA 2030, napájený symetricky napětím 

±12 V. Zátěž 2 x 4Ω.

Chladič bude umístěn na vnější stěně přístroje, teplota okolí nepřestoupí 35

°C.

Vybrané mezní a typické hodnoty TDA 2030:

hodnoty

podmínky , poznámka

mezní:

napájecí napětí

±18 V

špičkový výstupní proud

3,5 A

vnitřně omezen

výkonová ztráta pouzdra

20 W

teplota pouzdra 90

°C

max. teplota přechodu

150

°C

tepelný odpor pouzdra

3 

°C/W

typické:

výstupní výkon (4 

Ω)

12  W

kd = 0,5%, 40 Hz -15 kHz

výstupní výkon (4 

Ω)

18  W

kd = 10%, 1 kHz

Výpočet nejvyššího ztrátového výkonu

Pro výpočet budeme uvažovat s buzením sinusovým signálem. Na integrovaném obvodu, který budí
konstantní zátěž  (4 

Ω), bude maximální ztrátový výkon při takovém vybuzení, kdy výkon ztrátový (Pz)

se rovná výkonu na zátěži (Pv). Příkon (Pp) pak bude dvojnásobkem výkonu.
Výkon na zátěži budeme počítat ze špičkové hodnoty sinusového signálu (Um) :

Pv = Uef

2 / R

L = Um

2 / 2R

L

Při tomto výkonu odebírá zesilovač z jednoho zdroje (po dobu poloviny periody) proud In:

In = (1/

π) . Im =  (1/π) . (Um / RL)

Příkon u obou zdrojů je pak:

Pp = 2 . Un . In = (2/

π) . (Um

2 / R

L)

Maximální ztrátový výkon bude při splnění podmínky Pz = Pv, tedy Pz = Pp / 2 :

Um

2 / 2R

L = Un . In = Un . (1/

π) . (Um / RL)

Po úpravě:

Um = (2/

π) . Un = 0,636 Un

Při této hodnotě výstupního napětí je výkon právě:

Pv = Um

2 / 2R

L = (2/

π)2 . Un

2 / 2R

L = 0,405 Un2 / 2RL

Pro náš případ je maximální ztrátový výkon:

Pz max = Pv = 0,405 Un

2 / 2R

L = 0,405 . 122 / (2 . 4) = 7,295 W 

≈ 7,3 W

Oba integrované obvody budou na společném chladiči, proto musíme počítat s celkovým ztrátovým
výkonem 14,6 W.

Z dokumentace není jasné, zda je chladič izolovaný, nebo zda je některý vývod (napájení) spojen
s chladicí plochou. Proto pro výpočet budeme uvažovat izolační podložku s tepelným odporem 2 K/W.
Pro přestup tepla z jednoho integrovaného obvodu do chladiče budeme počítat s tepelným odporem
5 K/W. Protože je celkový výkon rozdělen na dva obvody, bude výsledný tepelný odpor představovat
jejich paralelní spojení, tedy 2,5 K/W.