Υπολογισμός ψήκτρας για ημιαγωγούς

Ηλεκτρονικά εξαρτήματα και ηλεκτρολογικό υλικό, θεωρία, πως λειτουργεί, που το βρίσκουμε, τεκμηρίωση (datasheets), βιβλιογραφία.
Άβαταρ μέλους
GeorgeVita
Διαχειριστής
Δημοσιεύσεις: 488
Εγγραφή: 04 Σεπ 2013, 21:51
Ονομα: Γιώργος
Επικοινωνία:

Υπολογισμός ψήκτρας για ημιαγωγούς

Δημοσίευσηαπό GeorgeVita » 12 Σεπ 2013, 15:42

Υπολογισμός ψήκτρας για ημιαγωγούς

Τι ψήκτρα πρέπει να βάλω στο σταθεροποιητή τάσης ή στο mosfet εξόδου;
Ποιά είναι η μέγιστη ισχύς που μπορεί να δουλέψει το τρανζίστορ εξόδου του ενισχυτή;
Μπορώ να πάρω ρεύμα 200mA από το LM317T χωρίς ψήκτρα;

Είναι τακτικό το φαινόμενο να "καίει" το LM317T ενώ "τραβάμε" μικρό ρεύμα αλλά υπάρχει μεγάλη διαφορά τάσης εισόδου-εξόδου με αποτέλεσμα να καταναλώνεται αρκετή ισχύς επάνω στον σταθεροποιητή τάσης. Αν διαβάσουμε το datasheet τα αναφέρει όλα!

Οι βασικές παράμετροι που δείχνουν την μέγιστη επιτρεπόμενη κατανάλωση ισχύος επάνω στο LM317T είναι:

1. θJA=50°C/W (θερμοκρασιακή αντίσταση από το chip στο περιβάλλον χωρίς ψήκτρα)
δείχνει κατά πόσους °C θα αυξηθεί η θερμοκρασία του chip πάνω από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος για κάθε W που καταναλώνεται επάνω στο LM317T.

2. TJ(max)=125°C (μέγιστη επιτρεπόμενη θερμοκρασία στο chip για το LM317)

3. PD=(Vin-Vout)xIL+6...10mW για την ισχύ στις αντιστάσεις ρύθμισης της τάσης εξόδου
δηλαδή η διαφορά τάσης επάνω στο regulator επί το ρεύμα στο φορτίο συν την κατανάλωση για τη ρύθμιση της τάσης.

Πρακτικός υπολογισμός: Αν το κύκλωμα λειτουργήσει χωρίς ψήκτρα σε θερμοκρασία περιβάλλοντος έως 50°C, θα φτάσουμε τη μέγιστη επιτρεπτή θερμοκρασία στο chip με επιπλέον 125°C-50°C=75°C που θα έρθουν από ισχύ επάνω στο LM317T: PD=75°C/50°C/W=1.5W
Αυτό το 1.5W σημαίνει περίπου Vin-Vout=5V και Iout=300mA ή Vin-Vout=10V και Iout=150mA.

Οι ψήκτρες χαρακτηρίζονται και αυτές από την θερμοκρασιακή τους αντίσταση δηλαδή κατά πόσους °C θα αυξηθεί η θερμοκρασία της ψήκτρας σε σχέση με τη θερμοκρασία περιβάλλοντος για κάθε W θέρμανσης (η θέρμανση έρχεται από την ισχύ που καταναλώνεται στο εξάρτημα που "δροσίζουμε"). Μια ψήκτρα με "Thermal Resistance" 5°C/W είναι χειρότερη από μια άλλη που έχει 3°C/W. Προσαρμόζοντας τον ημιαγωγό επάνω στην ψήκτρα έχουμε επιπλέον "θερμοκρασιακές αντιστάσεις". Πρακτικά χρησιμοποιώντας καλά θερμοαγώγιμα υλικά (mica, kapton, πάστα) μπορούμε να υπολογίσουμε άλλο 1-2°C/W για τα υλικά αυτά.

Για να κάνουμε τελικό υπολογισμό "πόσα W είναι το LM317T με την ψήκτρα μου;" ακολουθούμε περίπου το παρακάτω σκεπτικό:
(πλήρης ανάλυση υπάρχει στο datasheet του LM317 στην παράγραφο "HEATSINK REQUIREMENTS")

Ας υποθέσουμε ότι χρησιμοποιούμε ψήκτρα με θερμοκρασιακή αντίσταση 12-15°C/W και βάζουμε μίκα και θερμοαγώγιμη πάστα (+2°C/W).
Θερμοκρασιακή αντίσταση του LM317T από το chip στο περίβλημά του (όχι στο περιβάλλον): 4°C/W
Μέγιστη θερμοκρασία περιβάλλοντος: 50°C (εγώ συνήθως υπολογίζω 70°C)
Μέγιστη επιτρεπτή θερμοκρασία στο chip του LM317: 125°C

Αρα φτάνουμε στο ανώτερο επιτρεπτό όριο θερμοκρασίας στο chip των 125°C-50°C=75°C
χρησιμοποιώντας αυτή την ψήκτρα με συνολική θερμοκρασιακή αντίσταση (15+2+4)°C/W=21°C/W
την έχουμε μόλις με 75°C/21°C/W=3.57W

Με τάση εισόδου 15V και τάση εξόδου 6V μπορούμε να "τραβήξουμε" έως: Ιmax=Pmax/(Vin-Vout)=3.57W/9V=396mA

Σημειώστε ότι το LM317 έχει θερμική προστασία άρα ΔΕΝ θα καεί. Απλά θα "κόβει" την έξοδο.
Παρόμοιος υπολογισμός γίνεται σε κάθε ημιαγωγό όπως τρανζίστορ ή mosfet ισχύος. Το μόνο που πρέπει να προσέξουμε είναι τα ακριβή τεχνικά χαρακτηριστικά των εξαρτημάτων. Ενα 2N3055 δεν είναι "το ίδιο" σε όλους τους κατασκευαστές.

Βρήκα μια καμπύλη μέγιστης απαγωγής ισχύος σε σχέση με την θερμοκρασία για παρόμοιο σταθεροποιητή (LM140T):

Εικόνα

Το LM140T έχει και αυτό θJC=4°C/WJC για C=case δηλ. κέλυφος ολοκληρωμένου) αλλά η θερμική ασφάλεια λειτουργεί στους 150°C. Στο γράφημα φαίνεται ότι στους 50°C με ψήκτρα θερμοκρασιακής αντίστασης 10°C/W συν 4°C/W ο σταθεροποιητής συν 1°C/W η πάστα έχουμε:
PDmax=(150°C-50°C)/(10+4+1)°C/W=100°C/15°C/W=6.67W

Το LM140T χωρίς ψήκτρα έχει θJA=50°C/WJA για Α=ambient δηλ. περιβάλλον) άρα:
PDmax=(150°C-50°C)/50°C/W=100°C/50°C/W=2W


Που θα βρείτε στοιχεία για τις ψήκτρες:
Πάντα ξεκινάμε το ψάξιμο από τους εμπόρους υλικού (Mouser, Farnell, RS) ή τους κατασκευαστές:
- http://www.aavid.eu/product-group/standard
- http://www.fischerelektronik.de/web_fis ... ndex.xhtml


Παράδειγμα:

Εικόνα

Επιστροφή σε “Υλικό, εξαρτήματα, βιβλιογραφία”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 1 επισκέπτης