= ([Hőmérséklet a forró ponton, °C] - [Hőmérséklet a hidegponton, °C]) / [Disszipált teljesítmény, W]
Ez azt jelenti, hogy ha X W hőteljesítményt adunk egy forró pontról a hidegre, és a hőellenállás Y cg / W, akkor a hőmérséklet különbség X * Y cg lesz.
Egy erőelem hűtésének számítására szolgáló képlet
Az elektronikus erőelem hőelvonásának kiszámítása esetén ez a következőképpen fogalmazható meg:
[A teljesítményelem kristályhőmérséklete, GC] = [Környezeti hőmérséklet, °C] + [Disszipált teljesítmény, W] *
Ahol [ Teljes hőellenállás, Hz/W] = + [Hőellenállás a ház és a radiátor között, Hz / W] + (radiátoros esethez),
vagy [ Teljes hőellenállás, Hz/W] = [Hőellenállás a kristály és a ház között, Hz/W] + [Hőellenállás a ház és a környezet között, Hz / W] (hűtőborda nélküli tokhoz).
A számítás eredményeként olyan kristályhőmérsékletet kell kapnunk, amely kisebb, mint a referenciakönyvben feltüntetett maximálisan megengedett érték.
Hol szerezhetem be a számításhoz szükséges adatokat?
Hőellenállás a szerszám és a tok között erőelemekhez általában a referenciakönyvben adjuk meg. És így van jelölve:
Ne tévesszen meg, hogy a K / W vagy K / W mértékegységek fel vannak írva a referenciakönyvben. Ez azt jelenti, hogy ez az érték Kelvin per wattban van megadva, Hz per W-ban pontosan ugyanaz lesz, azaz X K / W \u003d X Hz / W.
Általában a referenciakönyvek ennek az értéknek a lehető legnagyobb értékét adják meg, figyelembe véve a technológiai terjedést. Szükségünk van rá, mert a számítást a legrosszabb esetre kell elvégeznünk. Például a maximális lehetséges hőellenállás a kristály és az SPW11N80C3 teljesítménytranzisztor háza között 0,8 c/W,
Hőellenállás a ház és a hűtőborda között az ügy típusától függ. A tipikus maximális értékeket a táblázat tartalmazza:
| TO-3 | 1.56 |
| TO-3P | 1.00 |
| TO-218 | 1.00 |
| TO-218FP | 3.20 |
| TO-220 | 4.10 |
| TO-225 | 10.00 |
| TO-247 | 1.00 |
| DPACK | 8.33 |
Szigetelő betét. Tapasztalataink szerint a megfelelően kiválasztott és beépített szigetelőbetét megduplázza a hőellenállást.
Hőállóság a ház/hűtőborda és a környezet között. Ez a hőellenállás a legtöbb eszköz számára elfogadható pontossággal kiszámítása meglehetősen egyszerű.
[Hőellenállás, Hz/W] = [120, (gC * négyzetcm) / W] / [A radiátor vagy az elemtest fém részének területe, négyzetméter. cm].
Ez a számítás olyan körülmények között alkalmazható, ahol az elemek és a radiátorok úgy vannak felszerelve, hogy nem teremtenek különleges feltételeket a természetes (konvekciós) vagy mesterséges légáramláshoz. Magát az együtthatót gyakorlati tapasztalataink alapján választottuk ki.
A legtöbb hűtőborda specifikációja tartalmazza a hűtőborda és a környezet közötti hőellenállást. Tehát a számításnál ezt az értéket kell használni. Ezt az értéket csak akkor kell kiszámítani, ha nem található táblázatos adat a radiátorról. Gyakran használunk használt hűtőbordákat a hibakeresési minták összeállításához, így ez a képlet sokat segít nekünk.
Abban az esetben, ha a hőt a nyomtatott áramköri lap érintkezőin keresztül távolítják el, az érintkezőfelület is felhasználható a számításban.
Abban az esetben, ha a hőt egy elektronikus elem vezetékein keresztül távolítják el (általában viszonylag kis teljesítményű diódák és zener-diódák), a vezetékek területét a vezeték átmérője és hossza alapján számítják ki.
[Ólomterület, négyzetméter cm.] = Pi * ([ A jobb oldali kimenet hossza, lásd] * [Jobb kimeneti átmérő, lásd] + [A bal oldali kimenet hossza, lásd] * [Bal kimeneti átmérő, lásd])
Példa a zener-dióda hőelvonásának kiszámítására radiátor nélkül
Legyen a zener diódának két 1 mm átmérőjű és 1 cm hosszú kivezetése, és 0,5 wattot adjon le. Akkor:
A kimeneti terület körülbelül 0,6 négyzetméter lesz. cm.
A ház (terminálok) és a környezet közötti hőellenállás 120 / 0,6 = 200 lesz.
A kristály és a ház (terminálok) közötti hőellenállás ebben az esetben elhanyagolható, mivel az jóval kisebb, mint 200.
Tegyük fel, hogy a maximális hőmérséklet, amelyen a készülék üzemelni fog, 40 °C lesz. Ekkor a kristály hőmérséklete = 40 + 200 * 0,5 = 140 °C, ami a legtöbb zener-diódánál elfogadható.
Hűtőborda - radiátor online számítása
Felhívjuk figyelmét, hogy lemezradiátorok esetén a lemez mindkét oldalának területét ki kell számítani. A hőelvezetésre használt NYÁK-pályáknál csak az egyik oldalt kell venni, mivel a másik nem érintkezik a környezettel. A tűradiátorok esetében hozzávetőlegesen meg kell becsülni az egyik tű területét, és meg kell szorozni ezt a területet a tűk számával.
A hőleadás online számítása radiátor nélkül
Több elem egy radiátoron.
Ha több elemet telepítenek egy hűtőbordára, akkor a számítás így néz ki. Először kiszámítjuk a radiátor hőmérsékletét a képlet segítségével:
[Radiátor hőmérséklet, gc] = [Környezeti hőmérséklet, °C] + [Hőellenállás a radiátor és a környezet között, Hz/W] * [Teljes teljesítmény, W]
[Kristályhőmérséklet, c] = [Radiátor hőmérséklet, gc] + ([Hőellenállás a kristály és az elem teste között, Hz/W] + [Hőellenállás az elem teste és a radiátor között, Hz / W]) * [Az elem által disszipált teljesítmény, W]
A komponens környezetének hatása.
Talán a felső rétegben lévő réz területe, amelyre az alkatrészt felszerelték, befolyásolja a hűtési teljesítményt. A második tényező, amely hatással lehet, a telepítés során felhasznált forrasztóanyag mennyisége.
A DPAK-csomagban lévő tranzisztort fűtőelemként fogják használni, teljesítménye 2.5 kedd
Az alkatrész körüli rézzóna (DPAK) hatásának ellenőrzése, a szerszám hőmérséklete:
Érdekes módon további 3-5 fokot lehet nyerni, ha egyszerűen több forrasztást viszünk fel az alkatrész fémlemeze (lefolyócsap) köré. Általában az alkatrészek felszerelésekor nem törődnek az érintkezési felületeken keresztüli hőátadással, és ez tévedés. Az alkatrész körül van a legnagyobb veszteségállóság, a forrasztás pedig igazi segítség lehet.
A hőátadás minőségének mérése nyomtatott áramköri lapon.
Eddig csak egy esetben rögzítették a hőmérsékleti gradienst - ventilátor részvétele nélkül. De mesterséges hűtés esetén a NYÁK hatékonyságának csökkennie kell a tábla mentén fennálló hőátadási veszteség-ellenállás miatt. Ismételjük meg a tesztet, de adjuk hozzá a ventilátor működését nagyon kicsi és normál teljesítménnyel (3,5 és 7 volt). A tranzisztort D2PAK-ra cseréljük, hogy szimuláljuk a kis tranzisztorok csoportját.
– Vnt. a kristály hőmérséklete, a többit innen vesszük hátoldal nyomtatott áramköri lap, a "0" pont a tranzisztor fémlemezének közepe alatt ( D2PAK, 5 W).
| Ventilátor | Vnt. | 0 | 2.5 | 5 | 7.5 | 10 | 12.5 | 15 | 17.5 | 20 | 22.5 | 25 | 27.5 | 30 |
| 0 | 66.2 | 38.7 | 38 | 37.1 | 35.7 | 34.3 | 32 | 30.4 | 26.3 | 25 | 24.2 | 23.5 | 20.9 | 19.7 |
| 3,5 V | 53.9 | 28.2 | 27.9 | 27 | 25.5 | 24.1 | 22.9 | 20 | 16 | 15 | 14.2 | 13.3 | 11.3 | 9.7 |
| 7 V | 47.7 | 22 | 21.8 | 21.5 | 20.2 | 19.2 | 18.1 | 16 | 12.2 | 11.5 | 10.7 | 10 | 8.2 | 7.2 |
Az adatok monotonitásában enyhe törések vannak, amit az egyenetlenség okoz nyomtatott áramkör.
A radiátor effektív hossza a fúvási sebességtől függ, ha az ötven százalékos csökkentés határától indulunk el, akkor a munkahossz:
- Fújás nélkül - 30 mm.
- Alacsony fúvási sebesség (ventilátor 3,5 V) - 22,5 mm.
- Nagy fúvási sebesség (ventilátor 7 V) - 20 mm.
Kérjük, vegye figyelembe, hogy a mérések a középponttól a kerületi részig történtek, így a teljes hossz kétszer akkora.
A nyomtatott áramköri lap térbeli tájolása és színe.
A nyomtatott áramköri lap hűtőborda funkciót lát el és viszonylag sikeres. De egy radiátor esetében fontos a térben való tájékozódás és a bevonat színe. A hőátadás a környező levegő felmelegítésével vagy sugárzással történhet. Ha a radiátor sötét színű, akkor a sugárzással történő hőátadás hatékonysága megnő, ígérik, hogy akár 1,7-szeresére javítják a visszatérést. Esetleg feketére festeni a táblákat?
A teszt beállítása egyszerű - egy többrétegű nyomtatott áramköri kártya 25x40 mm (10 cm 2 x 2 oldal), a DPAK-csomagban lévő tranzisztor forrasztva van a közepén. A teljesítmény ugyanaz, mint más teszteknél ezzel a tranzisztorral, 2,5 watt.
A kapott adatokat a táblázat foglalja össze:
A tábla oldalán belüli hőmérsékleti egyenetlenségek nem haladják meg a négy fokot.
Kezdetben fekete védőmaszk volt a nyomtatott áramköri lapon. A világos szín eléréséhez a maszkot mindkét oldalról eltávolították. Az elmélet szerint ennek a hatásfok 1,7-szeres csökkenéséhez kellett volna vezetnie, mert a sugárzás általi hőátadás sokszorosára csökkent. A valóságban csak 25 százalékos volt a teljesítményromlás. Az elmélet szerint a lapos hűtőborda függőleges helyzetben jobban működik. Maszk nélkül csak 18 százalék, maszkkal pedig alig érzékelhető. Úgy tűnik, hogy a maszk túl vastag, és zavarja a hőátadást.
A tábla átlaghőmérséklete 50 fok (a hátoldal hőmérséklete nem érdekes), a teljesítmény 2,5 W, innen számítható ki egy ilyen "radiátor" hőellenállása - 20 fok / watt, amelynek területe kb. 10 cm2. Vagy 200 cm 2 -nél a hőellenállás wattonként 1 fok.
Semmi szuper szokatlan, határozottan nem érdemes szándékosan feketére festeni a táblát. De ez megmagyarázza a gyártók sötét táblák iránti szeretetét.
Hőálló.
A hőellenállás méréséhez sok kalibrált berendezésre és anyagra lesz szükség, ami meglehetősen problémás, ezért egyszerűen megmérjük a hőmérsékletesést a vizsgált anyagon. Hőgenerátorként DPAK-csomagban 2,5 W teljesítményű tranzisztort veszünk. Aktív hőleadó felülete kb. 5x5 mm.
A hőveszteséget az „A” és „B” pontok közötti hőmérséklet-különbségként mértük.
A kontrollpontokat nem túl jól választják ki, de ez a módszer minden anyag jellemzésére szolgál. Figyelembe veszik a hőveszteséget a közeg és a hőpaszta két átmeneténél.
A mérések jellemzői:
- A táblákban a veszteségek mérésekor a fűtőelemet hozzájuk forrasztották, a hátoldalt megtisztították az oxidoktól és a bevonatoktól a tiszta rézig.
- BGA és TSOP esetekben félvezető kristály nélküli helyet választottak, a szélén.
- A rendszeregység tervéből egy kis töredéket „vaslemezként” használtak.
- A hőpárnákat eltávolították a hardverről, így a pontos specifikációk nem ismertek. Piros márkás tápegységből, szürke - a szokásos kínai "noname"-ből.
Eredmények:
| Anyag | Vastagság, mm | Hőmérséklet, fok | 1 mm-re csökkentve, fok |
| Többrétegű PCB | 1.5 | 10.3 | 6.9 |
| Kétoldalas PCB | 1.5 | 69.4 | 46.3 |
| BGA chip csomag | 0.76 | 18.8 | 24.7 |
| TSOP chip csomag | 0.98 | 31.7 | 32.3 |
| vaslemez | 0.6 | 4.2 | 7 |
| Hőátadó pad (piros) | 0.3 | 11.7 | 37.3 |
| Hőpárna (szürke) | 0.37 | 16.9 | 45.7 |
| Kerámia tömítés (fehér) | 0.64 | 4.9 | 7.6 |
A többrétegű és a hagyományos táblák közötti hőmérsékletkülönbség egyszerűen vad. Nyilvánvaló, hogy az FR4 nem vezeti jól a hőt, de ahhoz, hogy a vékony rézrétegek olyan hatékonyak legyenek ...
A tokok azonos hővezető képessége nem túl jó, ami teljesen elvárható.
Termikus betétek szerint a számok sem túl szépek, de ami van, az van. Hátterükben a kerámia remekül néz ki, de nem használható számítógépes technológia- egyszerűen nincs rá szükség. A hőpárnák célja a különböző magasságú alkatrészek kiválasztása, a kerámiák pedig merevek, és nem segítenek ebben a kérdésben. Hogy az én esetemben milyen kerámia volt, azt nehéz megmondani. A szín és a hőállóság alapján ez berillium kerámia.
Hogyan kell használni a táblázat adatait? Igen, ez nagyon egyszerű - a vas hőellenállása ismert, a fennmaradó számokat arányosan újraszámolják.
Gyakorlati használat
A kezdéshez használhatja a radiátor kiszámításának módszerét az electrosad.ru webhelyen közzétett anyag alapján (pdf, 186 Kb). Vagy emlékezhet a szabályra - „ne töltsön be, és nem fog betölteni”. A gyári radiátorok vannak specifikációk, és a házi készítésű ... egyszerűsített számításokat is használhat, mert a pontos számításoknak nincs értelme, túl sok a kiszámíthatatlan paraméter. Ismeri az adott alaplap házának vagy PCB-jének hőellenállását? De a tábla hővezető képessége többek között a belső rétegeinek elrendezésétől is függ. Ugyanakkor jó lenne figyelembe venni, hogy a fújás megszervezésével néha nincs minden rendben.
Tehát egyszerűsített számítás. Ha pontosításra van szüksége, kérjük, használja a fenti linket a módszertanhoz, és egyéb kérdések esetén - sajnos, csak független kutatás és az összetevők dokumentációjának elolvasása. Sajnos az "általános" ajánlások túlságosan leegyszerűsítettek, helyenként vadul.
1. pont - hőteljesítmény.
Ami a processzor teljesítmény-átalakítóit illeti, minden meglehetősen egyszerű, hatékonyságuk 80% körül ingadozik. Ugyanakkor azonnal figyelembe kell venni, hogy bizonyos energiafogyasztásra tervezték őket, és ha ezt az értéket (vagy arányosan) túllépik, az energiaátalakítás hatékonysága csökkenni kezd. Nagyjából 82%-os hatásfokot érdemes venni csökkentett terhelésnél, nagynál pedig normál terhelésnél 76%-ot. A teljesítményveszteség a kimeneti teljesítmény 22, illetve 32 százaléka lesz. A kis teljesítményre vonatkozó számításokat még erőteljes egyszerűsítésekkel is nehezebb elvégezni, mivel az átalakító komponenseiben a veszteségek arányosak a kimeneti áram négyzetével.
Például egy 120 W-os TDP alaplap 70 W-os processzorral rendelkezik. Ebben az esetben a terhelést nem növelik, várhatóan 82%-os hatásfok várható. Ugyanakkor 70 * 100/82 = 85,4 W fogyaszt az áramforrásból. Ebből a számból 70 W jut a processzorra, és 85,4-70 = 15,4 W a konverter elemeken disszipálódik.
Ugyanez a ház, de egy erősebb (fogyasztás szempontjából) processzor túlhajtással, kicsit más képet ad. Ha 140 W-ot fogyaszt (az adatok tetszőlegesek), akkor az átalakító hatásfoka várhatóan 76%-ra csökken. A veszteségek teljesen eltérőek lesznek: 140 * 100/76 = 184,2 W az áramforrástól, vagy 184,2-140 = 44,2 W az átalakító elemektől.
Azonnal meg akarom jegyezni, hogy ezeket a veszteségeket nem mindegyik tranzisztor okozza. Valamit, és egy nagyon nagyot, eloszlatnak az induktorok, a nyomok és egy kicsit a kondenzátorok. Hogyan oszthatjuk fel a kapott ábrát tranzisztorokra és az összes többire? Minden nagyban függ a felhasznált komponensektől. Tegyük fel, hogy a hő kétharmada a tranzisztorokban oszlik el. Csak ne kérdezd, honnan jött a szám. A mennyezetet meszelni kell.
Tehát két lehetőséget kell mérlegelnünk: 15,4x2 / 3 \u003d 10 W és 44,2 * 2/3 \u003d 29 W.
A 2. elem a nyomtatott áramköri lap aktív felülete.
Vegyünk valami alaplapot, és nézzük meg, mi lesz az eredménye.
Ez a kártya LFPAK csomagban lévő alkatrészeket használ a hő hatékony elvezetésére a PCB-be. Remek, a számítások bonyodalmak nélkül elvégezhetők. Ha az alkatrészek rosszul tudták elvezetni a hőt a táblához, akkor a hőelvezetés hatékonyságának kiszámítása rendkívül nehézkes lenne, és egyszerűbb lenne a diszkrét hűtőborda választása, figyelmen kívül hagyva a tábla hőelvezetési tulajdonságait.
Először is eltávolítjuk azokat a területeket, amelyek nem tudják eltávolítani a hőt a konverterből.
Marad a fennmaradó felület mérése. Ha nem veszi figyelembe a bal alsó szél zónáját a „BIOSTAR” felirattal, akkor két téglalapot kapunk - a felső 55x120 mm és a jobb 45x85 mm.
Korábban a nyomtatott áramköri lapok hőelvezetésének hatékonyságát vették figyelembe. A kapott eredményekből úgy tűnt, hogy a 60 mm-nél nagyobb szélesség nem volt hatékony (ezért a tábla bal oldalát figyelmen kívül hagytuk). Nálam a szélesség 55 és 45 mm, ami korlátlanul kielégíti a feltételt. Az eredmény 55x120 + 45x85 = 104 cm 2 felület.
Van egy árnyalat, ami elrontja Általános benyomás. Az a helyzet, hogy a konverter kivételével más alkatrészek is találhatók a kártyán, és a nyomtatott áramköri lapot is melegítik. A rend kedvéért érdemes megjegyezni, hogy ezek az alkatrészek kis hűtőbordákként működnek és a hőt is elvezetik. Ezen a képen van egy processzor foglalat, és ez (pontosabban a processzor) fűtött is. De nem sokat, a processzor hővédelme a felső burkolaton körülbelül 60 fokos hőmérsékletre van állítva. Ami a processzor alját illeti, az a fedél hőmérséklete alatt van. Ráadásul a processzor alja és a nyomtatott áramköri lap között egy érintkezőréteg található, amelyek nem adják át túl jól a hőt. Tehát a processzor hőmelegítése figyelmen kívül hagyható.
3. pont - terület és teljesítmény tranzisztoronként.
Az átalakítónak tíz fázisa van, mindegyik három tranzisztorral. Nyilvánvaló, hogy a hőveszteség nem egyenletesen oszlik el az összes komponens között, de a számítások hozzávetőlegesek.
Egy tranzisztor a nyomtatott áramköri lap területének 104 / (10 * 3) = 3,5 cm 2 -ét teszi ki. Erő:
Az első lehetőség 10 / (10 * 3) \u003d 0,33 W.
A második lehetőség 29 / (10 * 3) \u003d 0,97 W.
Elnézést, egy kis pontosítás a módszertanhoz. Korábban a nyomtatott áramköri lap kellően nagy részeit használták fel, amelyek sokszor nagyobbak, mint az ebben a számításban kapott 3,5 cm 2 -es érték. Ez azt jelenti, hogy az előző tanulmány rossz volt? Egyáltalán nem, nézze meg közelebbről a képet, a tranzisztorok egy csoportban vannak összeállítva, és a hőt a tábla meglehetősen kiterjesztett része (45 és 55 mm) vezeti el.
4. tétel - a radiátor számítása.
Adott teljesítmény és túlhevítés, a szükséges felület kiszámítható. Ehhez el kell döntenie, hogy mennyit kell lefektetni a túlmelegedés miatt. BAN BEN rendszer egysége A 35 fok normál hőmérsékletnek számít, 50 fok felett az alkatrész forrónak érzékelhető. Kiderül, hogy 50-35 = 15 fok marad a túlmelegedés miatt.
Felhívjuk figyelmét, hogy ezek a megfontolások befolyásolják a radiátor (nyomtatott áramköri lap) hőmérsékletét, a kristály hőmérséklete valamivel magasabb lesz.
Kezdetnek próbáljuk meg nélkülözni a kényszerített légáramlást.
A tábla (vagy inkább az egyik oldal) felületét már kiszámították. Ezenkívül ezt a számot meg kell szorozni 1,5-tel, mivel a táblának két oldala van. Miért ne dupla? Itt két pont van:
- Először is a másik oldal alaplap nagyon hatékonyan elvezeti a hőt.
- Másodszor, maga az áramköri lap nem tiszta rézből készült, és a veszteségek miatt nem működik olyan hatékonyan.
Az effektív (ideális lemezre redukált) felület kiszámítása után egy egyszerűsített számítási képlet alkalmazható rá - egy 300 cm 2 -es felület egy fokkal felmelegszik egy watt teljesítmény alkalmazásakor. De még többet is tehetsz egyszerű megoldás- korábban mérve egy sötét nyomtatott áramköri lapnál (természetesen többrétegű) wattonként 1 fokos tényező esik 200 cm 2 felületre (az egyik oldalra).
A legrosszabb esetben, 0,97 W, a szükséges hűtőborda területe 0,97*200/15 = 13 cm2.
Nos, ideje sírni. Ha 13 cm 2 volt a táblán a tranzisztor számára, akkor nem kellett semmilyen radiátorra gondolni. És így... csak 3,5 cm 2.
Ha kisebb teljesítményt veszünk (az első opció csak 0,33 W-ot igényel), akkor a szükséges radiátorfelület 0,33 * 200/15 = 4,4 cm 2 lesz.
Hm. Ha nem használ további radiátort, akkor az első lehetőség teljesen működőképes, csak a túlmelegedés már 19 fokos lesz 15 helyett. Nem végzetes, maga a tranzisztor hőmérséklete 54 fok lesz. Ami a második esetet illeti, a radiátor hiánya nagyon keményen szól - 56 fokos túlmelegedés vagy 91 fokos hőmérséklet.
Érthető, hogy ennek az alaplapnak a gyártója miért szerelt hűtőbordát a tranzisztorokra. Első közelítésként az átalakító normál működéséhez 13 cm 2 * 30 \u003d 390 cm 2 radiátorra van szükség, amely meglehetősen nagy méretű. Megpróbálok olyan indokolatlan feltételezést tenni, hogy a gyártó által beszerelt radiátor a szükségesnél jóval kisebb effektív felülettel rendelkezik, ami azt jelenti, hogy további légáramlásra lesz szükség.
következtetéseket
A háború nonszensz, a lényeg a manőverek!
Következtetések, második próbálkozás.
Mmm…. Lehet, hogy a következtetések egyáltalán nincsenek megírva?
Szinte minden tok műanyag (kerámia) tetejű, ami megnehezíti a hő elvezetését rajta. Feltehet egy radiátort és/vagy fújhatja erős légárammal, de a hatás továbbra is közepes marad. Hát nem erre valók, mit tehetsz. Ráadásul a helyzetet az sem könnyíti meg, hogy a kristály elég mélyen van a felszín alatt.
Ha a csomag a TSOP fejezetben tárgyalt típusú vezetékek csatlakozását használja, akkor a ház anyaga a vezetékek vastagságával és felettük egy kis margóval magasabb legyen az elektromos szigetelés érdekében. Ha a vezetékek mélyen be vannak süllyesztve a házba, akkor a kristály körül vannak (lásd a képet a QFN részben), akkor még mindig jelentős margó szükséges a kristály felett, mert a kristály-ólom kapcsolat vezetékei kissé feljebb emelkednek. a félvezető lemezt. Ezért nem teszteltem külön egy ilyen közös összeállítást, mint a drMOS - ennek semmi értelme. Ez továbbra is ugyanaz a "TSOP" a tápvezetékek csatlakoztatásának módja szerint (és így a felső burkolat vastagsága a kristály felett); és QFN, PCB hőelvezetési módszerrel.
És az alján lévő lemezen keresztüli hőelvezetéshez. Egy közönséges tok, betétek nélkül, kissé megemelkedett a tábla fölé, és nagyon rosszul adja le a hőt az alján keresztül. A rést nem senki különösebb kárára hagyták, technológiailag szükséges - a nyomtatott áramköri lapon előfordulhatnak helyi hibák (védőmaszk, jelölések, többrétegű kártya domborítása), valamint a vezetékek kialakításánál, ill. a csomag gyártása.
Az SMD csomag fő feladata, hogy garantálja a vezetékek, az összes vezeték biztonságos illeszkedését a nyomtatott áramköri lap párnáihoz. Ezért rés van a tok és a tábla között. Kicsi, de hőszigetelő tulajdonságai "jók". Ha az alkatrész sok hőt termel, akkor a tok módosított változata alkalmazható, alul fémlemezzel. Ebben az esetben a félvezető kristályt erre a lemezre szerelik, különben nincs értelme a kertet bekeríteni. A megoldás jó, de miért nem általános? Ha megfeledkezünk a tok enyhén megnövekedett költségéről és a kristály csomagolásáról, akkor marad egy nagyon komoly probléma - a „fém” fenék megzavarja a tábla útválasztását.
Egy ilyen tokot nem lehet csak úgy feltenni a táblára, a védőmaszk nem garantálja a rövidzárlat hiányát. Még ha megcsavarja is a technológusok kezét, és felteszi őket, az akkor is rossz - a modern elektronikában minden áramkör vonal, és nagyon határozott impedanciájuk van. És mivel az alsó fém közvetlenül a vezetők felett van, az impedancia megváltozik, és nem egyezik a számított értékkel. Ha az áramkör impedanciája a hossza mentén változik, akkor részleges lokális visszaverődések lépnek fel, és a jel alakja torzul.
Ezért, ha fém tokot használnak az alján, akkor a tábla megfelelő területét el kell szigetelni a nyomtól. Általában, ha fém van az alján, akkor annak jelentős részét elfoglalja, ami elkerülhetetlenül befolyásolja a nyomkövetési áramkörök minőségét - egyszerűen kevesebb a hely. Ezért, bár maguk a betétek hasznosak, nem objektív okokból teszik őket. Érdemes azonban megjegyezni - a mikroáramkörökben a félvezető kristályokat gyakran hőelosztó lemezekre szerelik fel, egyszerűen nem láthatók, mivel a tokban el vannak szigetelve. Ez javítja a hőelvezetést, és kívülről a tok hagyományosnak tűnik.
Egyébként egyszer néztem SDRAM chipeket TSOP csomagban - egy hatalmas félvezető kristályt használtak, ami a csomag teljes terét lefedte. A kristályt vékony rézlapra szerelték fel. A memória mikroáramkörök rendkívül érzékenyek a helyi fűtésre, ezért a lemez bevezetése meglehetősen indokolt.
A mérési eredmények szerint összegyűlt néhány általános következtetés, ideje ezeket egy helyre gyűjteni.
A toktípusok befolyásolják a hűtési mechanizmust. Ha a csomag nem biztosítja a kártya hőelvezetését (TSOP, SOIC és hasonlók), akkor ne hagyatkozzon a nyomtatott áramköri kártya hatékony hőelvezetésére. Fejlett felületű tok esetén a légáramlásra támaszkodhat. Ellenkező esetben további radiátort kell telepítenie.
A hőpárnák gonoszak, káros lényegük egyértelműen megmutatkozik a méréseken. Ennek az elemnek a bevezetése számos esetben rosszabb eredményhez vezet, mint radiátor nélkül. Sajnos több esetben közös csoportos radiátor használatakor ezt a rosszat nem lehet eltekinteni - legalább egy kicsit, de a tokok vastagsága különbözik, a hőpárna pedig a különbség kompenzálására szolgál. Egyes esetekben egyszerűen előírják a hőpárnák használatát, mivel fém tetejük van, amely elektromosan érintkezik az áramkörrel.
A helyi radiátorok jobbak, mint a csoportos radiátorok, mivel nem igényelnek hőpárnát, de az ilyen radiátor méretének és formájának megfelelőnek kell lennie - nagy térfogatú (pontosabban felület), ritka és magas tűk vagy bordák. A szokásos alkatrészméret 5x5 ... 10x10 mm, ami megnehezíti a megfelelő radiátor kiválasztását. Nézze meg a vizsgálati eredményeket, a 10 cm 2 ... 20 cm 2 -es radiátorok kényszerlégáramlás nélkül nem tudnak jelentős hatást kifejteni, és ezek már nagyon nagy szerkezetek.
Ha egy alkatrész túlmelegszik, hatékonyabb a légáramlás alkalmazása, mint a hűtőborda felszerelése. Az ok triviális - nagy hőellenállás a felső burkolaton keresztül. A tokokat egyszerűen nem úgy tervezték, hogy a tetején keresztül hőlevezessék. DirectFET csomagolásról még ne beszéljünk, mert nem túl gyakori. Kár.
10.1. A radiátorok rendeltetése- hőt eltávolítani a félvezető eszközökről, ami lehetővé teszi a p-n átmenetek hőmérsékletének csökkentését és ezáltal az eszközök működési paramétereire gyakorolt hatásának csökkentését. Lamellás, bordázott és tűs radiátorokat használnak A hőleadás javítása érdekében a legjobb, ha egy félvezető eszközt közvetlenül a radiátorra rögzítünk.Ha szükséges a készülék elektromos leválasztása az alváztól, a radiátort szigetelő tömítéseken keresztül az alvázra szereljük. A radiátor hősugárzó képessége attól függ, hogy a fűtőtest milyen anyagból (vagy felülete) fekete-fehér:
Minél nagyobb a feketeség foka, annál hatékonyabb lesz a hőelvezetés.
10.2. tűs hűtőborda- nagyon hatékony hűtőborda félvezető eszközökhöz. Gyártásához 4-6 mm vastagságú duralumínium lemez és 3-5 mm átmérőjű alumíniumhuzal szükséges.
Az előkezelt radiátorlemez felületén a csapok furatait, a tranzisztorok (vagy diódák) vezetékeit és a rögzítőcsavarokat középső lyukasztóval jelöljük. Az egymás utáni csapok és a sorok közötti lyukak közepe közötti távolság (osztás) a felhasznált alumíniumhuzal 2-2,5 átmérőjével egyenlő legyen. A lyukak átmérőjét úgy kell megválasztani, hogy a huzal a lehető legkisebb réssel kerüljön beléjük. A hátoldalon a furatok 1-1,5 mm mélyre süllyesztve vannak.
80-100 mm hosszú és V-10 mm átmérőjű acélrúdból tüske készül, amelyhez a rúd végére a huzalátmérőnél 0,1 mm-rel nagyobb átmérőjű lyukat fúrnak. A lyuk mélységének meg kell egyeznie a jövőbeli radiátorcsapok magasságával.
Rizs. 10.1. Krimpelés a radiátorcsapokhoz
Ezután levágják a szükséges számú tűt. Ehhez a tüske furatába egy darab huzalt helyezünk, és huzalvágókkal levágjuk úgy, hogy a tüskéből kiálló vége hossza 1-1,5 mm-rel nagyobb legyen, mint a lemez vastagsága. A tüskét furattal felfelé egy satuba szorítjuk, a lyukba egy csapos nyersdarabot helyezünk, melynek kiálló végére az elülső oldalára egy lemezt teszünk, és enyhe kalapácsütésekkel szegecselve próbáljuk kitölteni a süllyesztő mélyedést. Így az összes csap fel van szerelve.
A tüske-hűtőborda egy kissé eltérő módon is elkészíthető, ha a csapokat az alaplemez furataiba helyezzük. Acél krimpelés készül, melynek rajza 3 átmérőjű és legfeljebb 45 mm hosszúságú csapokhoz a 2. ábrán látható. 10.1. A krimp munkarészét meg kell keményíteni. A csapot a radiátor talpán lévő lyukba helyezzük, az alapot az üllőre helyezzük, a csap tetejére egy krimpet helyezünk, és kalapáccsal megütjük. A csap körül gyűrű alakú horony van kialakítva, és magát a csapot szorosan a lyukba helyezik.
Ha kétoldalas radiátort kell készíteni, akkor két ilyen krimpelésre van szükség: az egyikbe egy csapot kell behelyezni, az üllőre szerelni lyukkal felfelé, fel kell fűzni a radiátor alapját, és fel kell tenni a második krimit. tetejére. A felső krimpelésen kalapácsütéssel a csap mindkét oldalról egyszerre rögzítésre kerül. Ily módon lehet radiátorokat gyártani alumíniumból és rézötvözetből egyaránt. És végül a csapok forrasztással felszerelhetők. Ehhez vegyünk anyagként 2-4 mm átmérőjű réz- vagy sárgarézhuzalt. A csap egyik végét a lemez vastagságánál 1-2 mm-rel hosszabbra ónozzuk. A lemezen lévő lyukak átmérője olyan legyen, hogy az ónozott csapok különösebb erőfeszítés nélkül beleférjenek.
Folyékony folyasztószert vezetnek az alapfuratokba (9.2. táblázat), csapokat helyeznek be, és mindegyiket erős forrasztópákával forrasztják. A munka végén a radiátort acetonnal mossuk.
Rizs. 10.2. Radiátor egy erős tranzisztorhoz
10.3. Rézlemez radiátor 1-2mm vastagság készíthető olyan erős tranzisztorokhoz, mint a P210, KT903 és hasonló esetekben. Ehhez egy 60 mm átmérőjű kört vágunk ki a rézből, és a munkadarab közepén lyukakat jelölünk a tranzisztor és annak vezetékeinek felszereléséhez. Ezután sugárirányban egy kört vágunk ollóval fémhez 20 mm-rel, és a kerület mentén 12 részre osztjuk. A tranzisztor beszerelése után minden szektort 90°-kal elfordítanak és felhajlítanak.
10.4. Radiátor nagy teljesítményű tranzisztorokhoz típusú KT903, KT908 és mások hasonló esetekben 2 mm vastag alumíniumlemezből készülhetnek (10.2. ábra). A radiátor feltüntetett méretei a sugárzó felületnek azt a területét biztosítják, amely elegendő a tranzisztoron 16 W-ig terjedő teljesítmény disszipációhoz.
Rizs. 10.3. Radiátor kis teljesítményű tranzisztorhoz: a-scan; b- általános nézet
10.5. Radiátor kis teljesítményű tranzisztorokhozábrán látható rajzoknak megfelelően 0,5 mm vastag vörösrézből vagy sárgarézből készülhet. 10.3. Az összes vágás elvégzése után a dörzsárt egy megfelelő átmérőjű tüskével csőbe tekerjük. Ezután a munkadarabot szorosan ráhelyezzük a tranzisztor házára, és egy rugógyűrűvel megnyomjuk, miután előzőleg meghajlították az oldalsó rögzítőfüleket. A gyűrű 0,5-1 mm átmérőjű acélhuzalból készül. Gyűrű helyett használhat rézdrótszalagot. Ezután az oldalfüleket lehajlítják, a munkadarab bekarcolt "tollait" a kívánt szögben kifelé hajlítják - és készen áll a radiátor.
10.6. Radiátor a KT315, KT361 sorozatú tranzisztorokhoz készülhet réz-, alumínium- vagy óncsíkból, amelynek szélessége 2-3 mm-rel nagyobb, mint a tranzisztorház szélessége (10.4. ábra). A tranzisztort epoxival vagy más, jó hővezető képességű ragasztóval ragasztják a radiátorba. A tranzisztorház és a radiátor közötti jobb termikus érintkezés érdekében el kell távolítani a fényezést a házról az érintkezési pontokon, és be kell szerelni a radiátorba, és a lehető legkisebb hézaggal ragasztani. Szerelje fel a tranzisztort a hűtőbordával a táblára a szokásos módon, miközben a hűtőborda alsó szélei a táblának támaszkodjanak. Ha a szalag szélessége 7 mm, és a 0,35 mm vastagságú ónozott lemezből készült radiátor magassága 22 mm, akkor 500 mW disszipációs teljesítmény mellett a radiátor hőmérséklete azon a helyen, ahol a tranzisztor található. ragasztva nem haladja meg az 55 °C-ot.
10.7. Törékeny fém hűtőborda például duralumínium lemezből lemezkészlet formájában készülnek (10.5. ábra). A tömítések és a hűtőlemezek gyártásánál ügyelni kell arra, hogy a lyukak szélein és a lemezek szélein ne legyenek sorja. A tömítések és lemezek érintkező felületeit óvatosan [finomszemcsés csiszolópapírra csiszoljuk, síküvegre fektetve. Ha nem szükséges a tranzisztorházat leválasztani a készülékházról, akkor a radiátor a készülékház falára vagy belső válaszfalra szerelhető szigetelő tömítések nélkül, ami hatékonyabb hőátadást biztosít.
10.8. D226 típusú diódák felszerelése a radiátorra vagy hűtőbordán. A diódák karimával vannak rögzítve. A katódvezetéket a tövénél leharapják, és az alját finom szemcsés csiszolópapírral óvatosan megtisztítják, amíg tiszta, egyenletes felületet nem kapnak. Ha el kell hagyni a katód csatlakozót, akkor a radiátorba lyukat fúrunk a terminál számára, a lakkot alulról acetonnal eltávolítjuk, és a dióda szélét (peremét) óvatosan egy szintbe reszeljük az aljával a jobb hőhatás érdekében. érintkezés a dióda és a radiátor között.
10.9. Termikus érintkezés javítása a tranzisztor és a hűtőborda között nagyobb teljesítményveszteséget biztosít a tranzisztoron.
Néha, különösen öntött radiátorok használatakor, nehéz, sőt néha lehetetlen a héjak és egyéb felületi hibák eltávolítása a termikus érintkezés helyén (javítása). Ebben az esetben egy ólomtömítés segít. Az ólomlemezt két sima lapos rúd között óvatosan 10,5 mm vastagságig hengereljük vagy lapítjuk, és a tömítést a kívánt méretre és alakra vágjuk. Mindkét oldalát finomszemcsés csiszolópapírral megtisztítják, a tranzisztor alá szerelik, és csavarokkal szorosan összenyomják a szerelvényt. A tömítés ne legyen vastagabb 1 mm-nél, mivel az ólom hővezető képessége alacsony.
10.10. Alumínium radiátorok feketedése. A radiátor hőátadási hatékonyságának javítása érdekében a felületét általában matttá és sötétté teszik. Megfizethető módon feketedés - a radiátor kezelése vas-klorid vizes oldatában.
Az oldat elkészítéséhez azonos térfogatú vas-klorid por és víz szükséges. A radiátort megtisztítják a portól, szennyeződésektől, alaposan zsírtalanítják benzinnel vagy acetonnal, és oldatba merítik. Tartsa az oldatban 5-10 percig. A radiátor színe sötétszürke. A feldolgozást jól szellőző helyen vagy szabadban kell végezni.
TUDTAD?
10.11.
Az alacsony teljesítményű tranzisztorok hőkezelése megkönnyíthető, ha a tranzisztor fémházára tórusz ("kormánykerék") kerül - egy 0,5-1,0 mm átmérőjű réz-, sárgaréz- vagy bronzhuzalból csavart spirál.
10.12.
Jó hűtőborda lehet a készülék fém háza vagy belső terelői.
10.13.
A hűtőborda laposságát úgy ellenőrizzük, hogy a tranzisztor alját bekenjük némi festékkel, és felkenjük a betét felületére. Kiálló érintkezési területek. a radiátor párnák festve lesznek.
10.14.
A jó termikus érintkezés biztosítása érdekében a tranzisztornak a radiátor melletti felületét nem száradó kenőanyaggal, például szilikonnal lehet kenni. Ez másfél-kétszeresére csökkenti az érintkező hőellenállását.
10.15.
A hűtési feltételek javítása érdekében a radiátort úgy kell elhelyezni, hogy ne zavarja a konvekciós levegő áramlását: a radiátor bordái függőlegesek, és annak az oldalnak, amelyen a tranzisztor található, oldalt kell lennie, nem pedig alatta vagy felett.
Van egy olyan paraméter, mint a hőellenállás. Megmutatja, hogy egy tárgy hány fokkal melegszik fel, ha 1 W teljesítmény szabadul fel benne. Sajnos ezt a paramétert ritkán adják meg a tranzisztoros kézikönyvekben. Például egy TO-5 csomagban lévő tranzisztor esetében a hőellenállás 220°C/1 W. Ez azt jelenti, hogy ha a tranzisztorban 1 watt teljesítmény szabadul fel, az 220°C-kal felmelegszik. Ha megengedjük a melegítést legfeljebb 100 ° C-ra, például 80 ° C-kal a szobahőmérséklethez képest, akkor azt kapjuk, hogy a tranzisztoron legfeljebb 80/220 \u003d 0,36 W szabaduljon fel. A jövőben elfogadhatónak tartjuk, hogy a tranzisztort vagy a tirisztort legfeljebb 80 ° C-kal melegítsük fel.
Van egy durva képlet a hűtőborda hőellenállásának kiszámítására Q = 50/VS °C/W, (1) ahol S a hűtőborda felülete négyzetcentiméterben kifejezve. Innen a felület az S = 2 képlet segítségével számítható ki.
Tekintsük példaként az ábrán látható szerkezet hőellenállásának kiszámítását. A hűtőborda kialakítása 5 db, egy csomagban összeszerelt alumínium lemezből áll. Tegyük fel, hogy W = 20 cm, D = 10 cm, és magasság (az ábrán nem látható) 12 cm, mindegyik "kiemelkedés" területe 10x12 = 120 cm2, és mindkét oldalát figyelembe véve 240 cm2. Tíz "kiemelkedés" területe 2400 cm2, a lemez két oldala x 20 x 12 = 480 cm2. Összesen S=2880 cm2-t kapunk. Az (1) képlet szerint Q=0,93°C/W számítunk. 80 ° C-os megengedett fűtés mellett 80 / 0,93 \u003d 90 W disszipációs teljesítményt kapunk.
Most végezzük el a fordított számítást.
Tegyük fel, hogy szüksége van egy tápegységre 12 V kimeneti feszültséggel és 10 A áramerősséggel. Az egyenirányító után 17 V van, ezért a tranzisztoron a feszültségesés 5 V, ami azt jelenti, hogy a teljesítmény 50 W. Megengedett 80°C-os fűtés mellett megkapjuk a szükséges hőellenállást Q=80/50=1,6°C/W. Ekkor a (2) képlet szerint meghatározzuk az S = 1000 cm2-t.
Irodalom
Kivitelező 4/2000
- Hasonló cikkek
Bejelentkezés vele:
Véletlenszerű cikkek
- 20.09.2014
Általános információ az elektromos vezetékezésről Az elektromos vezetékezés vezetékek és kábelek gyűjteménye a hozzájuk tartozó szerelvényekkel, tartó- és védőszerkezetekkel. A rejtett elektromos vezetékezésnek számos előnye van a nyitott vezetékekkel szemben: biztonságosabb és tartósabb, védett a mechanikai sérülésektől, higiénikus, nem zsúfolja össze a falakat és a mennyezetet. De drágább, és szükség esetén nehezebb cserélni. …
- 27.09.2014
A K174UN7 alapján nem szerelhető össze komplex generátor 3 résztartománnyal: 20…200, 200…2000 és 2000…20000Hz. A POS határozza meg a generált rezgések frekvenciáját, az R1-R4 és C1-C6 elemekre épül. A jel nemlineáris torzítását csökkentő és amplitúdóját stabilizáló negatív visszacsatoló áramkört egy R6 ellenállás és egy H1 izzólámpa alkotja. Az áramkör feltüntetett névleges értékeivel ...
A védelemről elektromos áramkörök a tápegység rossz polaritásából téreffektus tranzisztorral eszembe jutott, hogy volt egy hosszú ideje megoldatlan problémám automatikus kikapcsolás akkumulátortól töltő amikor az utóbbi feszültségmentes. És kíváncsi lettem, hogy lehetséges-e hasonló megközelítést alkalmazni egy másik esetben is, ahol szintén időtlen idők óta diódát használtak reteszelőelemként.
Ez a cikk egy tipikus kerékpáros kalauz, mert. áramkör fejlesztéséről beszél, amelynek funkcionalitását már régóta több millió kész készülékben implementálták. Ezért a kérés nem vonatkozik erre az anyagra, mint valami teljesen haszonelvűre. Inkább egyszerűen egy történet arról, hogyan elektronikai eszköz: az igény felismerésétől a működő prototípusig minden akadályon keresztül.
Mire való ez az egész?
Amikor redundáns kisfeszültségű tápegység egyenáram az ólomakkumulátort a legegyszerűbben pufferként lehet bekapcsolni, éppen párhuzamosan a hálózati forrással, ahogyan az autókban tették, mielőtt bonyolult "agyuk" volt. Az akkumulátor, bár nem a legoptimálisabb üzemmódban működik, mindig fel van töltve, és nem igényel tápellátást, amikor a hálózati feszültséget kikapcsolják vagy bekapcsolják a PSU bemenetén. Az alábbiakban részletesebben az ilyen befogadás néhány problémájáról és azok megoldására tett kísérletről.Háttér
Körülbelül 20 évvel ezelőtt ez a kérdés nem volt napirenden. Ennek oka egy tipikus hálózati tápegység (vagy töltő) áramköre volt, amely megakadályozta, hogy az akkumulátor lemerüljön a kimeneti áramköreibe a hálózati feszültség kikapcsolásakor. Lássuk a legegyszerűbb áramkör blokk félhullámú egyenirányítással:Teljesen nyilvánvaló, hogy ugyanaz a dióda, amely a hálózati tekercs váltakozó feszültségét egyenirányítja, azt is megakadályozza, hogy a tápfeszültség kikapcsolásakor az akkumulátor lemerüljön a transzformátor szekunder tekercsére. A teljes hullámú egyenirányító hídáramkör, bár valamivel kevésbé nyilvánvaló, pontosan ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkezik. És még a paraméteres feszültségszabályozó áramerősítővel (például a széles körben elterjedt 7812 chip és analógjai) használata sem változtat a helyzeten:
Valójában, ha megnézzük egy ilyen stabilizátor egyszerűsített diagramját, világossá válik, hogy a kimeneti tranzisztor emitter csomópontja ugyanazt a záródióda szerepét tölti be, amely bezárul, ha az egyenirányító kimenetén lévő feszültség meghibásodik, és megtartja a feszültséget. az akkumulátor biztonságos és megbízható töltése.
Azonban in utóbbi évek minden megváltozott. A parametrikus stabilizálású transzformátor tápegységeket kompaktabb és olcsóbb kapcsolóüzemű AC/DC feszültségátalakítók váltották fel, amelyek hatásfoka és teljesítmény/tömeg aránya sokkal magasabb. De minden előnyük mellett ezeknek a tápegységeknek van egy hátránya: kimeneti áramköreik sokkal összetettebb áramkörrel rendelkeznek, amely általában nem nyújt védelmet a szekunder áramkörből érkező fordított áram ellen. Ennek eredményeként, ha ilyen forrást használnak a „PSU -> puffer akkumulátor -> terhelés” típusú rendszerben, amikor a hálózati feszültséget kikapcsolják, az akkumulátor intenzíven lemerül a PSU kimeneti áramkörei felé.
A legegyszerűbb módszer (dióda)
A legegyszerűbb megoldás a tápegységet és az akkumulátort összekötő pozitív vezeték szakadásában található Schottky-záródióda használata:
Az ilyen megoldás főbb problémái azonban már a fent említett cikkben hangzottak el. Ezenkívül ez a megközelítés elfogadhatatlan lehet, mivel a 12 V-os ólom-savas akkumulátornak legalább 13,6 V feszültségre van szüksége ahhoz, hogy puffer üzemmódban működjön. És a diódára eső majdnem fél volt ezt a feszültséget gyakorlatilag elérhetetlenné teheti a meglévő tápegységgel kombinálva (csak az én esetem).
Mindez arra késztet bennünket, hogy keressük az automatikus váltás alternatív módjait, amelyeknek a következő tulajdonságokkal kell rendelkezniük:
- Kis előremenő feszültségesés bekapcsolt állapotban.
- Az a képesség, hogy jelentős felmelegedés nélkül ellenálljon a tápegységből a terhelés és a pufferelem által fogyasztott egyenáramnak bekapcsolt állapotban.
- Magas fordított feszültségesés és alacsony önfogyasztás kikapcsolt állapotban.
- Általában kikapcsolt állapotban van, így amikor egy feltöltött akkumulátort egy kezdetben feszültségmentesített rendszerhez csatlakoztatnak, az nem kezd lemerülni.
- Automatikus átmenet bekapcsolt állapotba a hálózati feszültség bekapcsolásakor, függetlenül az akkumulátor jelenlététől és töltöttségi szintjétől.
- A leggyorsabb automatikus átállás kikapcsolt állapotba áramkimaradás esetén.
Naív megoldás (DC relé)
A követelmények elemzése során, aki csak kicsit is „tudatában van”, az az ötlet, hogy erre a célra egy elektromágneses relét használjon, amely a tekercsben lévő vezérlőáram által létrehozott mágneses tér segítségével képes fizikailag zárni az érintkezőket. . És valószínűleg még valami ilyesmit is felvázol egy szalvétára:
Ebben az áramkörben az alaphelyzetben nyitott reléérintkezők csak akkor záródnak, ha az áram áthalad a tápegység kimenetére csatlakoztatott tekercsen. Ha azonban végignézi a követelmények listáját, kiderül, hogy ez az áramkör nem felel meg a 6. bekezdésnek. Végül is, ha a relé érintkezői egyszer zárva voltak, a hálózati feszültség elvesztése nem vezet azok kinyílásához hogy a tekercs (és vele a teljes PSU kimeneti áramkör) ugyanazokon az érintkezőkön keresztül csatlakozva maradjon az akkumulátorhoz! A pozitív visszacsatolás tipikus esete, amikor a vezérlő áramkör közvetlenül kapcsolódik a végrehajtó áramkörhöz, és ennek eredményeként a rendszer a bistabil trigger tulajdonságait kapja.
Így egy ilyen naiv megközelítés nem jelent megoldást a problémára. Sőt, ha logikusan elemezzük a jelenlegi helyzetet, akkor könnyen arra a következtetésre juthatunk, hogy a „PSU -> puffer akkumulátor” intervallumban ideális körülmények között nem lehet más megoldás, mint egy áramot egy irányba vezető szelep. Valóban, ha nem használunk semmilyen külső vezérlőjelet, akkor bármit is csinálunk az áramkör ezen a pontján, bármelyik kapcsolóelemünk bekapcsolása után megkülönböztethetetlenné teszi az akkumulátor által termelt elektromosságot az elektromosságtól, blokk által generált táplálás.
Kitérő (AC relé)
Az előző bekezdés összes problémájának felismerése után a „tapogós” ember általában új ötlettel áll elő, hogy magát a tápegységet egyirányú vezető szelepként használja. Miért ne? Végül is, ha a tápegység nem reverzibilis eszköz, és a kimenetére táplált akkumulátorfeszültség nem hoz létre 220 voltos váltakozó feszültséget a bemeneten (ahogy ez a valós áramkörök 100%-ában történik), akkor ez a különbség vezérlőjelként használható a kapcsolóelemhez:
Bingó! Minden követelmény teljesül, és ehhez csak egy relé szükséges, amely képes zárni az érintkezőket, amikor hálózati feszültség van rá. Ez lehet egy speciális váltakozó áramú relé, amely hálózati feszültségre van méretezve. Vagy egy közönséges relé saját mini-PSU-val (itt elég bármilyen transzformátor nélküli leléptető áramkör egyszerű egyenirányítóval).
Ünnepelhetnénk a győzelmet, de ez a döntés nem tetszett. Először is közvetlenül csatlakoztatni kell valamit a hálózathoz, ami biztonsági szempontból nem jó. Másodszor, az a tény, hogy ennek a relének jelentős áramot kell kapcsolnia, valószínűleg akár több tíz ampert is, ami miatt az egész kialakítás nem olyan triviális és kompakt, mint amilyennek elsőre tűnik. És harmadszor, mi a helyzet egy ilyen kényelmes térhatású tranzisztorral?
Első megoldás (FET + akkumulátor feszültségmérő)
A probléma elegánsabb megoldásának keresése vezetett arra a felismerésre, hogy a puffer üzemmódban, kb. 13,8 voltos feszültségen működő akkumulátor külső „újratöltés” nélkül gyorsan elveszíti eredeti feszültségét, még ha nincs is. Betöltés. Ha a tápegységen kezd lemerülni, akkor az első percben legalább 0,1 voltot veszít, ami több mint elegendő a legegyszerűbb összehasonlító eszközzel történő megbízható rögzítéshez. Általánosságban az ötlet a következő: a kapcsoló FET kapuját egy komparátor vezérli. Az egyik komparátor bemenet egy stabil feszültségforráshoz van csatlakoztatva. A második bemenet a tápegység feszültségosztójához csatlakozik. Ezenkívül az osztási arányt úgy választják meg, hogy a tápegység bekapcsolt állapotában az osztó kimenetén a feszültség körülbelül 0,1...0,2 volttal magasabb legyen, mint a stabilizált forrás feszültsége. Ennek eredményeként, amikor a PSU be van kapcsolva, mindig az osztó feszültsége érvényesül, de a hálózat kikapcsolásakor az akkumulátor feszültségének csökkenésével arányosan csökken. Egy idő után az osztó kimenetén a feszültség kisebb lesz, mint a stabilizátor feszültsége, és a komparátor megszakítja az áramkört egy térhatású tranzisztor segítségével.Példa diagram egy ilyen eszközre:
Mint látható, a komparátor közvetlen bemenete egy stabil feszültségforráshoz van csatlakoztatva. Ennek a forrásnak a feszültsége elvileg nem fontos, a lényeg az, hogy a komparátor megengedett bemeneti feszültségein belül legyen, de kényelmes, ha körülbelül fele az akkumulátor feszültségének, azaz körülbelül 6 volt. A komparátor inverz bemenete a PSU feszültségosztójához, a kimenete pedig a kapcsolótranzisztor kapujához csatlakozik. Ha az invertált bemenet feszültsége meghaladja a közvetlen bemenet feszültségét, a komparátor kimenete összeköti a FET kapuját a testtel, ami a tranzisztor bekapcsolását és az áramkör bezárását okozza. Áramkimaradás után egy idő után leesik az akkumulátor feszültsége, ezzel együtt a komparátor inverz bemenetén a feszültség, és amikor a direkt bemeneti szint alá kerül, a komparátor „leszakítja” a tranzisztor kapuját. a földet, és ezáltal megszakad az áramkör. A jövőben, amikor a tápegység újra „életre kel”, a fordított bemenet feszültsége azonnal normál szintre emelkedik, és a tranzisztor újra kinyit.
Mert gyakorlati megvalósítás Ehhez az áramkörhöz a nálam lévő LM393 chipet használtam. Ez egy nagyon olcsó (kevesebb, mint tíz cent a kiskereskedelemben), ugyanakkor gazdaságos és meglehetősen jó teljesítményű kettős összehasonlító. 36 V-ig terjedő feszültséget fogad el, átviteli aránya legalább 50 V / mV, és bemenetei meglehetősen magas impedanciával rendelkeznek. Az első kereskedelmi forgalomban kapható nagy teljesítményű P-csatornás MOSFET FDD6685 kapcsolótranzisztornak készült. Több kísérlet után ez gyakorlati séma kapcsoló:
Ebben a stabil feszültség absztrakt forrását egy nagyon valós parametrikus stabilizátor váltja fel az R2 ellenállásból és a D1 zener-diódából, az osztó pedig egy R1 hangolóellenállás alapján készül, amely lehetővé teszi az osztási tényező beállítását. a kívánt értékre. Mivel a komparátor bemenetei igen jelentős impedanciával rendelkeznek, a stabilizátor csillapítási ellenállása több mint száz kOhm lehet, ami minimalizálja a szivárgó áramot, és így az eszköz teljes fogyasztását. A hangoló ellenállás értéke egyáltalán nem kritikus, és az áramkör teljesítményére gyakorolt következmények nélkül tíz és több száz kOhm közötti tartományban választható. Tekintettel arra, hogy az LM393 komparátor kimeneti áramköre nyitott kollektoros áramkör szerint épül fel, működéséhez több száz kOhm ellenállású R3 terhelési ellenállás is szükséges.
Az eszköz beállítása a vágóellenállás motorjának olyan helyzetbe történő beállítására korlátozódik, amelynél a mikroáramkör 2. lábán lévő feszültség körülbelül 0,1...0,2 volttal meghaladja a 3. láb feszültségét. Beállításához jobb, ha nem multiméterrel megyünk be a nagy impedanciájú áramkörökbe, hanem egyszerűen az ellenállás csúszkáját alsó (a diagram szerint) állásba állítva csatlakoztassuk a tápegységet (az akkumulátort nem kötjük). még), és megmérve a feszültséget a mikroáramkör 1. érintkezőjén, mozgassa felfelé az ellenállás érintkezőjét. Amint a feszültség hirtelen nullára csökken, előbeállítás befejezettnek tekinthető.
Nem szabad arra törekedni, hogy minimális feszültségkülönbségnél kikapcsoljon, mert ez elkerülhetetlenül az áramkör hibás működéséhez vezet. Valós körülmények között éppen ellenkezőleg, szándékosan alá kell becsülni az érzékenységet. A helyzet az, hogy a terhelés bekapcsolásakor az áramkör bemeneti feszültsége elkerülhetetlenül csökken a tápegység tökéletlen stabilizálása és a csatlakozó vezetékek véges ellenállása miatt. Ez oda vezethet, hogy egy túl érzékeny eszköz az ilyen leállást a tápegység leállásának tekinti, és megszakítja az áramkört. Ennek eredményeként a tápegység csak akkor lesz csatlakoztatva, ha nincs terhelés, és az akkumulátornak működnie kell a fennmaradó időben. Igaz, amikor az akkumulátor kissé lemerült, a térhatású tranzisztor belső diódája kinyílik, és a tápegység árama elkezd folyni rajta keresztül az áramkörbe. Ez azonban a tranzisztor túlmelegedéséhez és ahhoz a tényhez vezet, hogy az akkumulátor hosszú alultöltési módban fog működni. Általánosságban elmondható, hogy a végső kalibrálást valós terhelés mellett kell elvégezni, szabályozva a feszültséget a mikroáramkör 1. érintkezőjén, és ennek eredményeként kis tartalékot hagyva a megbízhatóságra.
Ennek a sémának a jelentős hátránya a kalibrálás viszonylagos bonyolultsága és az, hogy a megfelelő működés érdekében el kell viselni az akkumulátor potenciális elvesztését.
Az utolsó hátrány kísértett, és némi mérlegelés után arra az ötletre vezetett, hogy ne az akkumulátor feszültségét mérjem, hanem közvetlenül az áramkörben az áram irányát.
Második megoldás (térhatású tranzisztor + áramiránymérő)
Valami trükkös érzékelővel mérhető az áram iránya. Például egy Hall-érzékelő, amely regisztrálja a mágneses mező vektorát a vezető körül, és lehetővé teszi, hogy ne csak az áram irányát, hanem az erősségét is meghatározza az áramkör megszakítása nélkül. Az ilyen érzékelő (és az ilyen eszközökkel kapcsolatos tapasztalatok) hiánya miatt azonban úgy döntöttek, hogy megpróbálják megmérni a feszültségesés előjelét a FET csatornán. Természetesen nyitott állapotban a csatorna ellenállását századohmokban mérik (ennek ez az egész ötlete), de ennek ellenére elég véges, és lehet rajta játszani. Egy további érv e megoldás mellett a bírságkiigazítás szükségességének hiánya. Végül is csak a feszültségesés polaritását mérjük, abszolút értékét nem.A legpesszimistább számítások szerint az FDD6685 tranzisztor nyitott csatornás ellenállása körülbelül 14 mΩ és az LM393 komparátor különbségi érzékenysége a „min” oszloptól 50 V / mV, teljes feszültségingadozásunk 12 V lesz. a komparátor kimenetén a tranzisztoron átmenő áramerősség valamivel több, mint 17 mA. Amint látja, az érték teljesen valós. Gyakorlatilag kb nagyságrenddel kisebbnek kell lennie, mert komparátorunk tipikus érzékenysége 200 V/mV, a tranzisztor csatorna ellenállása valós körülmények között a beépítést is figyelembe véve 25 mΩ-nál nem valószínű , és a vezérlőfeszültség lengése a kapunál nem haladhatja meg a három voltot.
Az absztrakt megvalósítás valahogy így nézne ki:
Itt a komparátor bemenetei közvetlenül a pozitív buszra vannak kötve a térhatású tranzisztor ellentétes oldalán. Amikor az áram különböző irányokba halad át rajta, a komparátor bemenetein a feszültségek elkerülhetetlenül eltérnek, és a különbség előjele az áram irányának, a nagysága pedig az erősségének felel meg.
Első pillantásra az áramkör rendkívül egyszerűnek tűnik, de itt probléma van a komparátor tápellátásával. Ez abban rejlik, hogy a mikroáramkört nem tudjuk közvetlenül táplálni ugyanazokról az áramkörökről, amelyeket mérnie kell. Az adatlap szerint maximális feszültség az LM393 bemenetein nem lehet nagyobb, mint a tápfeszültség mínusz két volt. Ha ezt a küszöböt túllépik, a komparátor nem veszi észre a feszültségkülönbséget a közvetlen és az inverz bemenetek között.
A problémának két lehetséges megoldása van. Az első, nyilvánvaló, a komparátor tápfeszültségének növelése. A második dolog, ami eszünkbe jut, ha egy kicsit gondolkodunk, az az, hogy két osztóval egyenlő mértékben csökkentsük a vezérlőfeszültséget. Így nézhet ki:
Ez a séma lenyűgöz egyszerűségével és tömörségével, de sajnos a való világban nem valósítható meg. A helyzet az, hogy a komparátor bemenetei között alig néhány millivoltos feszültségkülönbséggel van dolgunk. Ugyanakkor a legmagasabb pontossági osztályú ellenállások ellenállásának terjedése 0,1%. A minimálisan elfogadható osztási aránnyal 2:8 és ésszerű teljes ellenállás 10 kΩ osztó esetén a mérési hiba eléri a 3 mV-ot, ami többszöröse a tranzisztoron 17 mA áramerősség melletti feszültségesésnek. Ugyanebből az okból kifolyólag nem jöhet szóba „trimmer” alkalmazása az egyik osztóban, mert precíziós többfordulatú ellenállás (plusz) használata esetén sem lehet 0,01%-nál nagyobb pontossággal kiválasztani az ellenállását , ne feledkezzünk meg az idő- és hőmérséklet-eltolódásról). Ráadásul, ahogy fentebb már említettük, elméletileg ezt az áramkört szinte „digitális” jellege miatt egyáltalán nem kell kalibrálni.
A fentiek alapján a gyakorlatban csak a tápfeszültség növelésével van lehetőség. Elvileg ez nem akkora probléma, tekintve, hogy rengeteg speciális mikroáramkör létezik, amelyek lehetővé teszik, hogy néhány alkatrészből egy fokozatos átalakítót építsenek a kívánt feszültséghez. Ekkor viszont szinte megkétszereződik a készülék bonyolultsága és fogyasztása, amit szeretnénk elkerülni.
Számos módja van az alacsony teljesítményfokozó konverter felépítésének. Például a legtöbb integrált konverter feltételezi egy kis tekercs öninduktív feszültségének használatát, amely sorba van kapcsolva a közvetlenül a chipen elhelyezett "teljesítmény" kapcsolóval. Ezt a megközelítést egy viszonylag nagy teljesítményű átalakítás indokolja, például több tíz milliamper áramerősségű LED táplálására. Esetünkben ez egyértelműen redundáns, mert csak körülbelül egy milliamperes áramot kell biztosítani. Számunkra sokkal alkalmasabb egy vezérlőkulccsal, két kondenzátorral és két diódával ellátott egyenfeszültség-kettős áramkör. Működésének elve a következő séma szerint érthető:
Az első pillanatban, amikor a tranzisztor zárva van, semmi érdekes nem történik. A tápsínről a D1 és D2 diódákon keresztül érkező áram belép a kimenetbe, aminek következtében a C2 kondenzátor feszültsége még valamivel alacsonyabb, mint a bemenetre táplált feszültség. Ha azonban a tranzisztor bekapcsol, a C1 kondenzátor átfolyik a D1 diódán, és a tranzisztor majdnem a tápfeszültségig töltődik (levonva a D1 és a tranzisztor közötti előremenő esést). Most, ha újra bezárjuk a tranzisztort, kiderül, hogy a feltöltött C1 kondenzátor sorba van kötve az R1 ellenállással és a tápegységgel. Ennek eredményeként a feszültsége növeli a tápfeszültség feszültségét, és miután némi veszteséget szenvedett az R1 ellenállásban és a D2 diódában, a C2-t majdnem kétszeres Uin értékre tölti. Ezt követően az egész ciklust elölről lehet kezdeni. Ennek eredményeként, ha a tranzisztor rendszeresen kapcsol, és a C2-ből nem túl nagy az energiakivétel, akkor 12 voltból körülbelül 20 voltot kapunk, mindössze öt rész árán (nem számítva a kulcsot), amelyek között nincs egyetlen tekercs vagy átfogó elem.
Egy ilyen duplázó megvalósításához a már felsorolt elemeken kívül szükségünk van egy oszcillációs generátorra és magára a kulcsra. Úgy tűnhet, hogy ez sok részlet, de valójában nem az, mert már szinte mindenünk megvan, amire szükségünk van. Remélem, nem felejtette el, hogy az LM393 két komparátort tartalmaz? És az, hogy eddig csak egyet használtunk? Végül is a komparátor egyben erősítő is, ami azt jelenti, hogy ha pozitívval öleljük át VisszacsatolásÁltal váltakozó áram, akkor generátor lesz belőle. Ugyanakkor a kimeneti tranzisztor rendszeresen nyit és zár, és tökéletesen játszik a dupla kulcs szerepében. A következőket kapjuk, amikor megpróbáljuk megvalósítani terveinket:
Eleinte meglehetősen vadnak tűnhet az ötlet, hogy a generátort olyan feszültséggel látják el, amelyet működés közben generál. Ha azonban közelebbről megnézi, láthatja, hogy kezdetben a generátor a D1 és D2 diódákon keresztül kap áramot, ami elég ahhoz, hogy elinduljon. A generálás megtörténte után a duplázó működésbe lép, és a tápfeszültség fokozatosan körülbelül 20 voltra nő. Ez a folyamat legfeljebb egy másodpercet vesz igénybe, majd a generátor és vele együtt az első komparátor olyan teljesítményt kap, amely jelentősen meghaladja az áramkör üzemi feszültségét. Ez lehetőséget ad arra, hogy közvetlenül megmérjük a térhatású tranzisztor forrása és lefolyása közötti feszültségkülönbséget, és elérjük célunkat.
Íme a kapcsolónk végső vázlata:
Nincs mit magyarázni rajta, fent minden le van írva. Amint látható, a készülék egyetlen hangolóelemet sem tartalmaz, és helyes összeszerelés esetén azonnal működésbe lép. A már megszokott aktív elemek mellé mindössze két dióda került, amelyekhez bármilyen kis teljesítményű, legalább 25 V maximális fordított feszültségű és 10 mA előremenő áramú diódát használhatunk (pl. 1N4148, ami egy régi alaplapról forrasztható).
Ezt az áramkört kenyérsütőtáblán tesztelték, ahol teljesen működőképesnek bizonyult. A kapott paraméterek teljes mértékben megfelelnek az elvárásoknak: azonnali kapcsolás mindkét irányban, nincs nem megfelelő válasz a terhelés csatlakoztatásakor, az akkumulátor áramfelvétele mindössze 2,1 mA.
Az egyik PCB elrendezési lehetőség is mellékelve van. 300 dpi, oldalnézetben a részletek (tehát be kell nyomtatni tükörtükrözés). Mezőhatású tranzisztor a vezetékek oldalára szerelve.
Összeszerelt készülék, teljesen beszerelésre kész:
A régimódi módon tenyésztettem, így kicsit ferde lett, de ennek ellenére a készülék több napja rendszeresen, akár 15 amperes áramkörben látja el a funkcióit túlmelegedés jele nélkül.
Betöltés...