Υπολογισμός Ψύκτρας σε Εξαρτήματα

[plouf]

αναρωτιώμουν περι αυτού.....

Πως μπορεί κάποιος να υπολογίσει, το σωστό μέγεθος της ψύκτρας, σε κάποιο εξάρτημα. Το αν επιπροσθέτως χρειάζεται ανεμιστηράκι κτλ

Ας πούμε οτι θέλω να κάνω εαν τροφοδικό με το LM350 στα 3Αμπερ.
Προφανώς και θα χρειαστεί καποιου είδος ψύξη.

Λογικά πρέπει να υπάρχει κάποιο είδος τύπου ;;;

[PCMan]

Αυτό το https://www.paypalobjects.com/WEBSCR-550-20090106-1/en_US/i/scr/pixel.gifC/W που γράφουν στα datasheets δεν είναι για την ψήκτρα?

Βέβαια ποτέ δεν κατάλαβα πως το υπολογίζουν αυτό...

[plouf]

ακριβώς.
Τα C/W σημαίνει πόσους βαθμούς κελσίου ανεβάζει σε κάθε Watt.

στο LM350 για παραδειγμα, αναφέρει 35C/W χωρίς ψυκτρα.
επίσης βλέπουμε τη μέγιστη θερμοκρασία λειτυργείας να είναι 125celcius.
και επίσης έχουμε μεγιστη θερμοκρασία περιβάλοντος 40celcius

άρα 125-40 = 85 /35 = 2,4,
μετά τα 2,4 watt χωρίς ψυκτρα ....κάποια στιγμή θα καεί.

με ψύκτρα λέει όμως 1,2 άρα 125-40 =85/1.2= 70 watt =3 Αμπερ στα 24Volt.

το θέμα είναι ο υπολογισμός της σωστής ψύκτρας, μιας και απλα ΔΕΝ υπάρχουν datasheets σε αυτές (πωλούνται χύμα πάντα).

[antonis]

Η γνωμη μου ειναι οτι οταν κανεις μια προσεγμενη κατασκευη οσο ποιο μεγαλη ψυκτρα τοσο το καλυτερο.

[ReFas]

αναρωτιώμουν περι αυτού.....

Πως μπορεί κάποιος να υπολογίσει, το σωστό μέγεθος της ψύκτρας, σε κάποιο εξάρτημα. Το αν επιπροσθέτως χρειάζεται ανεμιστηράκι κτλ

Ας πούμε οτι θέλω να κάνω εαν τροφοδικό με το LM350 στα 3Αμπερ.
Προφανώς και θα χρειαστεί καποιου είδος ψύξη.

Λογικά πρέπει να υπάρχει κάποιο είδος τύπου ;;;

Εκανα ενα σχηματάκι σε χαρτί για να έχουμε την ίδια εικόνα.
Τη ροη της θερμοκρασίας μπορείς να την αναπαραστήσεις με ηλεκτρική αντιστοιχία.
Στο σχήμα, το P είναι η ισχύς που καταναλώνεται, το Τj είναι η θερμοκρασία του ίδιου του τσιπ, του εσωτερικού του κάθε τρασχιστορ.
Το Tc είναι η θερμοκρασία της θήκης του τρανσιστορ, του εξωτερικού περιβλήματος.
Το Τs είναι η θερμοκρασία της ψύκτρας.
Το Τa είναι η θερμοκρασία του αέρα, του περιβάλλοντος.
Ανάμεσα στο ίδιο το τσιπ (junction) και στον αέρα παρεμβάλλονται τρείς θερμικές αντιστάσεις.
Η Rθjc είναι η αντίσταση (θερμική) ανάμεσα στο τσιπ και στη θήκη του τρανσιστορ.
Η Rθcs είναι η αντίσταση ανάμεσα στη θηκη του τρανσιστορ και τη ψύκτρα (υπάρχει πάντα μια αντίσταση ακόμα και ανάμεσα μέταλλο με μέταλλο, αν βάλεις μίκα πρέπει να υπολογίσεις και αυτή την αντίσταση)
Και η Rθsa είναι η αντίσταση ανάμεσα σε ψυκτρα και αερα.
Για να βρείς τι ψύκτρα σου κάνει πρώτα καθορίζεις τη μέγιστη επιτρεπτή θερμοκρασία για το τσιπ εσωτερικά, οι 125 βαθμοί είναι ενα ασφαλές όριο.
Μετά έχεις τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, ας πούμε και εδώ 40 βαθμούς για ζεστές μέρες.
Και πρέπει να ξέρεις την ισχύ που θα καταναλώσεις, ας πούμε 50W για το LM350.
Υπολογίζεις τη συνολική θερμική αντίσταση απο το junction στο ambient με το τύπο Rθja = (Tj-Ta)/P = (125-40)/50 = 1,7 C/W
Κατόπιν μπορείς να βρείς την αντίσταση της ψύκτρας απο τον τύπο
Rθsa = Rθja-(Rθjc+Rθcs)
To Rθja το βρήκαμε μόλις πριν, το Rθjc το δίνει ο κατασκευαστής (1,2 C/W για Κ θήκη), το Rθcs είναι περίπου 0,1 C/W (χωρίς μίκα).
Οπότε έχουμε Rθsa = 1,7-(1,2+0,1) = 0,4 C/W
Αυτή πρέπει να είναι η αντίσταση της ψύκτρας που θα βάλεις τουλάχιστον, για να έχεις 125 βαθμούς στο εσωτερικό του τρανσιστορ στις συνθηκες που είπαμε, βάζεις και μεγαλύτερη για καλύτερα.
Αν δείς κατασκευαστές ψυκτρών δίνουν τα χαρακτηριστικά, στα μαγαζία τα δικά μας μάλλον είναι δύσκολο να τα βρείς, δες όμως σε digikey η mouser πχ.

[dvidos]

Λοιπόν... θα επιχειρήσω μια προσέγγιση, αλλά σας προειδοποιώ, δεν είμαι ειδήμων επί του θέματος. Από το βιβλίο "The Art Of Electronics", σελίδα 312, διαβάζω (και μεταφράζω ελεύθερα) τα εξής:

Χρησιμοποιούμε ένα μέγεθος το οποίο ονομάζουμε θερμική αντίσταση και μετριέται σε βαθμούς κελσίου ανά βάττ. Για τον υπολογισμό θερμοκρασίας έχουμε:


T(j) = T(a) + [ θ(jc) + θ(cs) + θ(sa) ] * PΟπου:


Τ(j) είναι η θερμοκρασία junction που μας ενδιαφέρει (πχ. το τρανσίστορ να μην υπερβαίνει τους 200 βαθμους)
T(a) είναι η αρχική ambient θερμοκρασία του χώρου.
θ(jc) είναι η θερμική αντίσταση junction-to-case (εσωτερικά του τρανζίστορ, νομίζω)
θ(cs) είναι η θερμική αντίσταση case-to-heatsink (άρα πόσο καλά έχουμε συνδέσει το τρανζίστορ στην ψύκτρα, με μίκα, με πάστα θερμοαπαγωγής κλπ)
θ(sa) είναι η θερμική αντίσταση heatsink-to-ambient (άρα πόσο καλά η ψύκτρα αποβάλλει την θερμότητα στο περιβάλλον. αυτό έχει να κάνει με το μέγεθός της, το πόσα πτερύγια έχει, το αν έχει ανεμιστήρα κλπ)
P Το έργο που παράγεται/καταναλώνεται.

Παράδειγμα: Εχουμε ένα τρανζίστορ, που καταναλώνει (10V x 2A =) 20W και αντέχει στους 200 βαθμούς, σε έναν χώρο που έχει 50 βαθμούς.

Η θερμική αντίσταση junction case, όπως αναγράφεται στο datasheet, είναι 1.5C/W. Ενα τρανζίστορ TO-3 με σωστή τοποθέτηση στην ψύκτρα έχει αντίσταση 0.3C/W. Τέλος, ένα μοντέλο ψύκτρας που παραθέτει το βιβλίο, η Wakefield No 641, έχει θερμική αντίσταση από την ψύκτρα στο περιβάλλον 2.3C/W.

Η συνολική θερμική αντίσταση από junction στο περιβάλλον είναι 1.5 + 0.3 + 2.3 = 4.1C/W. Για κατανάλωση 20W, η θερμοκρασία θα ανέβει 4.1C/W * 20W = 82 βαθμούς C. Αν θεωρούμε αρχική θερμοκρασία χώρου τους 50 βαθμούς (λογικό για έναν χώρο παστωμένο με πολλά μηχανήματα), το τρανζίστορ θα ανέβει στους 50 + 82 = 132 βαθμούς C, αρκετά πιο κάτω από τους 200 βαθμούς που αντέχει.



Αμα το καταλάβετε, δεν είναι τρομερά πολύπλοκο. Απλά προσπαθούμε να έχουμε χαμηλές θερμικές αντιστάσεις, ώστε η περισσότερη δυνατή θερμότητα να αποβάλλεται στο περιβάλλον.

Σχόλια:


Αν βάλουμε ανεμιστήρα σε μια καλή ψύκτρα, μπορούμε να κατεβάσουμε τη θερμική αντίστασή της στους 0.05C/W ώς 0.2C/W
Αν βάλουμε μονωτικές ροδέλες (κάτι πλαστικές άσπρες) στα παξιμάδια μας, προσθέτουμε στην θερμική αντίσταση περίπου 0.5C/W.
Κάτι σιλικονούχα μονωτικά (αυτά τα έχω βρεί σε τροφοδοτικά για PC) που αντικαθιστούν την μίκα και πάστα, έχουν μια θερμική αντίσταση περίπου 0.2C/W έως 0.4C/W.
Ουσιαστικά, για ένα ως δύο watt έργο, μια μικρή ψύκτρα που φοριέται στο τρανζίστορ αρκεί. Για έργο μερικών εκατοντάδων watt, ένα ανεμιστηράκι μάλλον είναι απαραίτητο.



Αυτά!
Ελπίζω να βοήθησα.

Αργκχχχ!!!! Ο ReFas με πρόλαβε όσο έγγραφα!!!

[lunatic]

Όπως τα λένε τα παιδιά ειναι.
Ορίστε και ενα χρήσιμο pdf (από κεί τα κατάλαβα κι εγώ πριν λίγο καιρό που έψαχνα)

http://www.aavidthermalloy.com/technical/papers/pdfs/select.pdf

[stom]

Με το κινδυνο να χαρακτηρισθω γραφικος, αλλα μιας και μιλατε για θεωρητικους υπολογισμους ψυκτων, να θυμισω οτι η λεξη Ψυκτρα αναφερεται στα "καρβουνακια" των κινητηρων και οχι στις διαφορες μεταλλικες επιφανειες που εχουν σκοπο την ψυξη ηλεκτρονικων εξαρτηματων.
Η σωστη λεξη ειναι ψυκτης.

[ironman]

συνεχίζοντας το offtopic...αυτο που αναφέρεις εσύ λέγεται ψήκτρα.
:wiink:

[stom]

Σωστα.. Ψηκτρα. Αλλα δεν υπαρχει ψυκτρα....

[plouf]

Εκανα ενα σχηματάκι σε χαρτί για να έχουμε την ίδια εικόνα.
Τη ροη της θερμοκρασίας μπορείς να την αναπαραστήσεις με ηλεκτρική αντιστοιχία.
Στο σχήμα, το P είναι η ισχύς που καταναλώνεται, το Τj είναι η θερμοκρασία του ίδιου του τσιπ, του εσωτερικού του κάθε τρασχιστορ.
Το Tc είναι η θερμοκρασία της θήκης του τρανσιστορ, του εξωτερικού περιβλήματος.
Το Τs είναι η θερμοκρασία της ψύκτρας.
Το Τa είναι η θερμοκρασία του αέρα, του περιβάλλοντος.
Ανάμεσα στο ίδιο το τσιπ (junction) και στον αέρα παρεμβάλλονται τρείς θερμικές αντιστάσεις.
Η Rθjc είναι η αντίσταση (θερμική) ανάμεσα στο τσιπ και στη θήκη του τρανσιστορ.
Η Rθcs είναι η αντίσταση ανάμεσα στη θηκη του τρανσιστορ και τη ψύκτρα (υπάρχει πάντα μια αντίσταση ακόμα και ανάμεσα μέταλλο με μέταλλο, αν βάλεις μίκα πρέπει να υπολογίσεις και αυτή την αντίσταση)
Και η Rθsa είναι η αντίσταση ανάμεσα σε ψυκτρα και αερα.
Για να βρείς τι ψύκτρα σου κάνει πρώτα καθορίζεις τη μέγιστη επιτρεπτή θερμοκρασία για το τσιπ εσωτερικά, οι 125 βαθμοί είναι ενα ασφαλές όριο.
Μετά έχεις τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, ας πούμε και εδώ 40 βαθμούς για ζεστές μέρες.
Και πρέπει να ξέρεις την ισχύ που θα καταναλώσεις, ας πούμε 50W για το LM350.
Υπολογίζεις τη συνολική θερμική αντίσταση απο το junction στο ambient με το τύπο Rθja = (Tj-Ta)/P = (125-40)/50 = 1,7 C/W
Κατόπιν μπορείς να βρείς την αντίσταση της ψύκτρας απο τον τύπο
Rθsa = Rθja-(Rθjc+Rθcs)
To Rθja το βρήκαμε μόλις πριν, το Rθjc το δίνει ο κατασκευαστής (1,2 C/W για Κ θήκη), το Rθcs είναι περίπου 0,1 C/W (χωρίς μίκα).
Οπότε έχουμε Rθsa = 1,7-(1,2+0,1) = 0,4 C/W
Αυτή πρέπει να είναι η αντίσταση της ψύκτρας που θα βάλεις τουλάχιστον, για να έχεις 125 βαθμούς στο εσωτερικό του τρανσιστορ στις συνθηκες που είπαμε, βάζεις και μεγαλύτερη για καλύτερα.
Αν δείς κατασκευαστές ψυκτρών δίνουν τα χαρακτηριστικά, στα μαγαζία τα δικά μας μάλλον είναι δύσκολο να τα βρείς, δες όμως σε digikey η mouser πχ.

Αρα για το LM350 T case
εχει αντισταση 3c/w και θελουμε να το λειτουργησουμε στα 2Α στα 12V

Rθja = (Tj-Ta)/P = (125-40)/24 = 3.54 C/W
Rθsa = Rθja-(Rθjc+Rθcs)=3.54 C/W - (3 C/W+ 0.1 C/W) = 0.44c/w ???

[ReFas]

Αρα για το LM350 T case
εχει αντισταση 3c/w και θελουμε να το λειτουργησουμε στα 2Α στα 12V

Rθja = (Tj-Ta)/P = (125-40)/24 = 3.54 C/W
Rθsa = Rθja-(Rθjc+Rθcs)=3.54 C/W - (3 C/W+ 0.1 C/W) = 0.44c/w ???

Nαι σωστά... μερικά ακόμα πανω σε αυτό...
Το 0,1 για Rθcs νομίζω ισχύει για ΤΟ3, για TO220 μάλλον είναι λίγο χειρώτερα.
Το 0,44c/w είναι μικρό νούμερο που σημαίνει θές μεγάλη ψύκτρα η και βοήθεια απο αέρα η αν γίνεται μικρότερη κατανάλωση σε ισχύ.
Επίσης μιλάμε και για σιλικόνη ανάμεσα για καλύτερη ψύξη.
Για τη θερμοκρασία του junction της ίδιας δηλαδή της φέτας σιλικόνης που αποτελεί το τρανζιστορ θεωρητικά αντέχει μέχρι τους 200 βαθμούς κελσίου, στη πράξη όμως βάζουν ένα όριο τους 150 βαθμούς.
Νομίζω για στρατιωτική χρήση, για μεγαλύτερη αξιοπιστία βάζουν 125 βαθμούς.

Υ.Γ. για το ψύκτρα ναι λάθος είναι και το λέμε εκ παραδρομής, απο το ψύχος, ψύχω κτλ.
Τα "καρβουνάκια" νομίζω και εγώ ψήκτρα γράφονται.
το πιο σωστό είναι απαγωγός θερμοκρασίας... θερμοαπαγωγός ... τουλάχιστον αυτο είναι η μετάφραση του heat sink, αλλά αν το πείς έτσι σε μαγαζί άντε να συνεννοηθείς.

[plouf]

Nαι σωστά... μερικά ακόμα πανω σε αυτό...
Το 0,1 για Rθcs νομίζω ισχύει για ΤΟ3, για TO220 μάλλον είναι λίγο χειρώτερα.


υπαρχει καποια πηγη που να μου λεει το Rθcs για διαφορες συσκευασίες ?

[ReFas]

Βρές το ΑΝ1040 της μοτορολα
Mounting consideration for power semiconductors

νομίζω αν ψάξεις στο ιντερνετ πιθανόν να βρείς πολλά ακόμα στοιχεία...