при какой температуре достигается тепловой предел усилителя

Введение:

Я модернизирую «усилитель мощности», разработанный коллегой-инженером, моя работа состоит в том, чтобы добавить тепловую защиту от сбоев при длительном использовании (или пропуске использования оператором).

Используемый корпус транзисторов — To-247-3, площадь металла — 140 мм2 в соответствии с: Infineon Используемый материал интерфейса (силиконовая прокладка, изолятор и обезжиренный) имеет тепловое сопротивление 0,23 °C-дюйм2/Вт (при 50 фунтов на кв. дюйм). ), толщина, проводимость и другие параметры приведены в этой таблице:

Таблица 1

Датчик температуры имеет крепление с проушиной и будет ввинчиваться в радиатор непосредственно рядом с транзистором, как и в этом усилителе.

Усилитель

Мощность, рассеиваемая каждым транзистором, составляет 5 Вт, максимальная температура перехода — 175 градусов Цельсия, а Rjunc/корпус — 0,29 градуса/Вт.

тепловые параметры транзистора

Я думаю, что мы должны держать температуру перехода ниже 150, чтобы быть немного далекой от абсолютного максимума.

Теперь по расчетам :

  1. 140 мм2 = 0,217 дюйма2, поэтому сопротивление силовой прокладки составляет 0,23/0,217 = 1,05 градуса C/Вт.
  2. полное сопротивление от перехода до стока составляет 1,05 + 0,29 = 1,34 .
  3. дельта T = 1,34 * 5w = 6,74 градуса C. Таким образом, радиатору разрешено достигать 150-6,74 = 143,25 градусов Цельсия?!!

РЕДАКТИРОВАТЬ: из-за комментариев и ответов я хотел бы добавить следующее: используемые транзисторы представляют собой мосфеты, используемые с переключением 45 А в полумостовой топологии на частоте 20 кГц от приличного драйвера затвора, чтобы минимизировать потери при переключении, потери проводимости: RxIxI = 0,0022 x 45 x45 = примерно 5 Вт.

Rds(on) MAX определяется по этой кривой при 125 градусах.Сопротивление

ВОПРОС: Я чувствую, что цифры не складываются (потому что другие части на печатной плате будут поджарены, если корпус находится при такой высокой температуре), пожалуйста, исправьте мои расчеты и скажите мне, что я упускаю? и укажите, какова обычно температура корпуса, при которой достигается тепловой предел??

Откуда ты знаешь, что это всего 5 ватт? Какова наихудшая возможная температура окружающей среды вокруг радиатора? Каково тепловое сопротивление радиатора?
Я добавил, как я получил цифру 5 Вт, не касаясь теплового сопротивления радиатора, у меня, к сожалению, нет этого числа (но это цельный алюминиевый корпус, который весит 1 кг и имеет несколько ребер, максимальная температура окружающей среды составляет от 40 до 45 градусов Цельсия.
но почему сопротивление радиатора релевантно и температура окружающей среды, датчик температуры расположен рядом с силовым транзистором, поэтому мы можем точно знать температуру радиатора и вернуться к переходу. вся идея использования датчика температуры состоит в том, чтобы обойти тепловые расчеты радиатора и различные условия окружающей среды.
Датчик температуры предназначен для обеспечения безопасности, но размеры радиатора должны быть рассчитаны на наихудшие условия окружающей среды и рассеяния. Как вы планируете это сделать?
пожалуйста, прочтите введение: «Я обновляю «усилитель мощности», разработанный моим коллегой-инженером, моя работа состоит в том, чтобы добавить тепловую защиту от сбоев при длительном использовании (или если оператор пропустит использование)». , другой инженер разработал продукт и провел его тестирование, и предполагается, что он работает правильно.
Хотя 20 кГц не так уж и быстро, вам нужно будет взять С о с с учитываются и потери.
Согласно цитируемому документу infineon, площадь металла корпуса TO247 фактически составляет 215 мм2 (прямоугольное пятно контакта 17,52x14,02=245,6 мм2, минус отверстие 8,85мм => 4,6 мм2). Я вижу это неправильно?
областью беспокойства является площадь теплового контакта, которая представляет собой металлическую часть. версия PLUS около 190 мм2"

Ответы (2)

Судя по картинке (если речь идет об усилителе), это довольно большой радиатор для 4 полевых МОП-транзисторов, рассеивающих по 5 Вт каждый. Однако похоже, что к радиатору подключены другие источники тепла, и хотя вы не говорите, что они рассеивают, или каково тепловое сопротивление от других источников тепла к рассматриваемым полевым МОП-транзисторам, у меня возникает соблазн сказать они (в сочетании с радиатором) могут как нагреть ваши МОП-транзисторы, так и охладить их!

Еще одна вещь, отсутствующая при расчете температуры на датчике температуры, - это тепловое сопротивление от самого дальнего транзистора до датчика температуры (и при условии, что здесь не работают никакие другие источники тепла). Радиаторы являются хорошими, но не идеальными проводниками тепла, и, по крайней мере, часть тепла транзистора будет проходить мимо датчика температуры к другим частям радиатора. Однако вряд ли это сильно изменит ваши выводы.

Как было указано другими, 5 Вт - это не так уж много мощности, рассеиваемой на транзисторе, и в этом случае транзистор вполне может не быть рабочим тепловым пределом. Вы можете подумать о бедном пользователе, который, конечно же, не захочет иметь дело с усилителем со 150-градусным радиатором! Проблемы со здоровьем и безопасностью вполне могут диктовать гораздо более низкую тепловую отсечку, чем 150 ° C, и я бы предположил, что при любой тепловой отсечке выше 100 ° C вы «играете с огнем» с точки зрения здоровья и безопасности.

Кроме вышеупомянутых двух неучтенных тепловых соображений, я думаю, что ваши расчеты в порядке. Вы правы в том, что не хотите нагревать другие печатные платы при температуре 150 °C, а большинство других компонентов, вероятно, рассчитаны на максимальную температуру около 75 °C. Учитывая это, а также соображения безопасности и гигиены труда, вы можете даже подумать о том, чтобы установить 75°C в качестве температуры термовыключателя.

+1 за включение ВСЕХ источников тепла, использующих один и тот же радиатор. Температура окружающей среды также играет важную роль, если ее не контролировать. МОП-транзисторы с правой стороны выглядят как преобразователь постоянного тока. Задняя стенка - выпрямители. Левая сторона — аудиовыходы. Это все накопленное тепло.
В прошлый раз, когда у меня была эта проблема, 75 градусов были для плохих теплопроводников, таких как пластик, которым разрешено подниматься выше (тот же принцип, что и при ходьбе по раскаленному углю), но для хороших проводников, таких как сталь и алюминий, предел, когда появляется желтый ВНИМАНИЕ - ГОРЯЧАЯ ПОВЕРХНОСТЬ наклейка нужна была 65 градусов.
Большое спасибо, Энди, Спарки и Винни, это именно тот отзыв, который я искал. просто для уточнения, это не тот усилитель, с которым я работаю, это просто что-то похожее. так что теперь, благодаря вам, ребята, я знаю, что датчик температуры должен отключаться при максимуме 65-75 градусов. Это означает, что я могу увеличить мощность транзистора :)) да :)) нижний предел будет что-то вроде 45-55 степень гистерезиса. я буду держать награду открытой на тот случай, если другие захотят добавить больше помощи и опыта.

Корреляция мощности и температуры...

Я думаю, что вы упускаете из виду то, что транзистор такого размера и номинальной мощности вряд ли достигнет 150 градусов C при выходной мощности всего 5 Вт. То есть у вас не будут одновременно выполняться оба этих условия.

Следовательно, ваше вычитание не является истинным утверждением. Вы думаете:

Т с а с е ( 5 Вт ) + р с у с т е м ( 5 Вт ) "=" 150 о С

когда на самом деле, это, вероятно, что-то вроде...

Т с а с е ( 50 Вт ) + р с у с т е м ( 50 Вт ) "=" 150 о С

По сути, в системе уравнений есть еще одна функция (отношение между мощностью и температурой), и вы утверждаете, что две вещи, имеющие отношение, независимы, когда это не так.

Зачем заморачиваться с этим?

Похоже, вы приближаетесь к сложной тепловой ситуации, когда у вас нет ни всех соответствующих тепловых моделей, ни всех соответствующих подробностей о конструкции и эксплуатации, пытаясь применить математику к любому параметру таблицы данных, который, вероятно, имеет значение. Это вряд ли сработает.

Я предлагаю альтернативу: измерьте это.

  1. Создайте наихудшую окружающую среду.

  2. Нагрузите усилитель на максимальную расчетную выходную мощность

  3. Измерить температуру корпуса транзисторов

Повторите этот процесс нагрева-охлаждения 10 раз на 10 единицах.

3 режима

Результаты ваших 100 испытаний покажут, какие из них верны:

  • Нет проблем — максимальная наблюдаемая температура была значительно ниже расчетного предела в 125°C. В этом случае установите производственный предел на верхний допуск вашего датчика температуры выше максимума, наблюдаемого в 100 испытаниях. Это, вероятно, то, что вы увидите.

  • О, нет! -- Максимально наблюдаемая температура была значительно выше расчетного предела в 125°C. Вам нужно будет переделать продукт. Дизайн не соответствует спецификации. Скорее всего, это не ваш случай, поскольку вы знаете, что продукт успешно зарекомендовал себя в полевых условиях.

  • Возможно, проблема -- Максимальная наблюдаемая температура находилась в пределах вашего верхнего предела 125°C. Необходимо провести более подробный и точный анализ. Если это то, что вы видите в ходе тестирования, теперь стоит провести более глубокое исследование или изменить конструкцию, которая улучшит ваши тепловые пределы.

Чрезмерное возведение в степень?
К ОП: другими словами, ваши расчеты верны для случая, когда вы рассеиваете только 5 Вт. Но я не знаю, откуда вы взяли эту цифру. Если это не усилитель класса D или очень тихий, транзистор, вероятно, будет рассеивать более 5 Вт.
Это своего рода усилитель класса D, как можно сделать вывод из вопроса ElectronS: «используется коммутируемый ток 45 А в полумостовой топологии на частоте 20 кГц от приличного драйвера затвора для минимизации потерь при переключении».
@AndyW, два дня назад, когда я писал свой комментарий, часть о полумосте еще не была включена в вопрос.
Ах. Я понимаю. У тебя есть мои симпатии. Вот в чем проблема редактирования вопросов… ответы и вопрос начинают расходиться. Совершенно хороший ответ становится неправильным после того, как вопрос отредактирован и изменен ... Из-за этого у меня были ответы, которые были отклонены.
@AndyW, в данном случае я доволен. Я не ответил, я прокомментировал, потому что что-то показалось немного подозрительным. Затем ОП добавил к вопросу дополнительную информацию, которая сделала его более понятным. Так что все хорошо.
при какой температуре достигается тепловой предел усилителя
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v