10.1. But des radiateurs- évacuer la chaleur des dispositifs semi-conducteurs, ce qui permet de réduire la température des jonctions p-n et ainsi de réduire son impact sur les paramètres de fonctionnement des appareils. Des radiateurs à plaques, à ailettes et à broches sont utilisés. Pour améliorer la dissipation thermique, il est préférable de fixer un dispositif semi-conducteur directement sur le radiateur. Si une isolation électrique de l'appareil du châssis est nécessaire, le radiateur est fixé au châssis par un isolant. joints. La capacité d'émission de chaleur d'un radiateur dépend du degré de noirceur du matériau (ou de sa surface) à partir duquel le radiateur est fabriqué :
Plus le degré de noirceur est élevé, plus la dissipation thermique sera efficace.
10.2. Radiateur à broches-dissipateur thermique très efficace pour les dispositifs semi-conducteurs. Pour le fabriquer, vous avez besoin d'une feuille de duralumin d'une épaisseur de 4 à 6 mm et d'un fil d'aluminium d'un diamètre de 3 à 5 mm.
Sur la surface de la plaque de radiateur prétraitée, les emplacements des trous pour les broches, les bornes du transistor (ou de la diode) et les vis de montage sont marqués avec un poinçon central. La distance entre les centres des trous (pas) pour les broches d'une rangée et entre les rangées doit être égale à 2 à 2,5 fois le diamètre du fil d'aluminium utilisé. Le diamètre des trous est choisi de manière à ce que le fil y pénètre avec le plus petit écart possible. Au verso, les trous sont fraisés à une profondeur de 1 à 1,5 mm.
Un mandrin est constitué d'une tige d'acier de 80 à 100 mm de long et de B à 10 mm de diamètre, pour laquelle un trou d'un diamètre 0,1 mm plus grand que le diamètre du fil est percé à l'extrémité de la tige. La profondeur du trou doit être égale à la hauteur des futurs axes du radiateur.
Riz. 10.1. Pince à sertir pour broches de radiateur
Ensuite, le nombre requis d'ébauches de broches est coupé. Pour ce faire, un morceau de fil est inséré dans le trou du mandrin et coupé avec un coupe-fil de sorte que la longueur de l'extrémité dépassant du mandrin soit supérieure de 1 à 1,5 mm à l'épaisseur de la plaque. Le mandrin est serré dans un étau avec le trou vers le haut, une ébauche de goupille est insérée dans le trou, sur l'extrémité saillante de laquelle une plaque est placée face vers le bas et rivetée à coups légers de marteau, en essayant de remplir l'évidement fraisé. Toutes les broches sont installées de cette manière.
Un dissipateur thermique à broches peut également être fabriqué en utilisant une méthode légèrement différente d'installation des broches dans les trous de la plaque de base. Un sertissage en acier est réalisé, dont le dessin pour des broches d'un diamètre de 3 et d'une longueur allant jusqu'à 45 mm est illustré à la Fig. 10.1. La partie active du sertissage doit être durcie. La goupille est insérée dans le trou de la base du radiateur, la base est placée sur l'enclume, un sertissage est posé sur la goupille et elle est frappée avec un marteau. Une rainure annulaire est formée autour de la goupille et la goupille elle-même est fermement insérée dans le trou.
S'il est nécessaire de réaliser un radiateur double face, alors deux de ces sertissages seront nécessaires : une goupille est insérée dans l'un d'eux, installée sur l'enclume avec le trou vers le haut, la base du radiateur est filetée et le second le sertissage est mis sur le dessus. En frappant le sertissage supérieur avec un marteau, la goupille est fixée des deux côtés à la fois. Cette méthode peut être utilisée pour produire des radiateurs à partir d’alliages d’aluminium et de cuivre. Enfin, les broches peuvent être installées par soudure. Pour ce faire, utilisez du fil de cuivre ou de laiton d'un diamètre de 2 à 4 mm comme matériau. Une extrémité de la broche est étamée à une longueur supérieure à l'épaisseur de la plaque de 1 à 2 mm. Le diamètre des trous dans la plaque doit être tel que les broches étamées s'y insèrent sans trop d'effort.
Un flux liquide est injecté dans les trous de la base (tableau 9.2), des broches sont insérées et chacune d'elles est soudée avec un fer à souder puissant. A la fin des travaux, le radiateur est lavé à l'acétone.
Riz. 10.2. Dissipateur thermique pour un transistor puissant
10.3. Radiateur en tôle de cuivre Une épaisseur de 1 à 2 mm peut être réalisée pour des transistors puissants tels que P210, KT903 et autres dans des boîtiers similaires. Pour ce faire, un cercle d'un diamètre de 60 mm est découpé dans du cuivre et des trous sont marqués au centre de la pièce pour la fixation du transistor et de ses fils. Ensuite, dans le sens radial, le cercle est découpé de 20 mm avec des ciseaux métalliques, en le divisant en 12 parties autour de la circonférence. Après avoir installé le transistor, chaque secteur est tourné à 90° et plié vers le haut.
10.4. Radiateur pour transistors puissants les types KT903, KT908 et autres dans des cas similaires peuvent être fabriqués à partir d'une tôle d'aluminium de 2 mm d'épaisseur (Fig. 10.2). Les dimensions spécifiées du radiateur fournissent une surface rayonnante suffisante pour dissiper une puissance sur le transistor jusqu'à 16 W.
Riz. 10.3. Radiateur pour transistor basse consommation : a-scan ; b - vue générale
10.5. Radiateur pour transistors de faible puissance peut être réalisé à partir de tôles de cuivre rouge ou de laiton de 0,5 mm d'épaisseur conformément aux dessins de la Fig. 10.3. Une fois toutes les coupes réalisées, l'alésoir est enroulé en tube à l'aide d'un mandrin du diamètre approprié. Ensuite, la pièce est fermement placée sur le corps du transistor et pressée avec un anneau à ressort, après avoir plié les oreilles de montage latérales. La bague est fabriquée à partir de fil d'acier d'un diamètre de 0,5 à 1 mm. Au lieu d'un anneau, vous pouvez utiliser un bandage en fil de cuivre. Ensuite, les oreilles latérales sont pliées, les « plumes » coupées de la pièce sont pliées vers l'extérieur à l'angle souhaité - et le radiateur est prêt.
10.6. Radiateur pour transistors des séries KT315, KT361 peut être fabriqué à partir d'une bande de cuivre, d'aluminium ou d'étain d'une largeur de 2 à 3 mm supérieure à la largeur du boîtier du transistor (Fig. 10.4). Le transistor est collé dans le radiateur avec de l'époxy ou une autre colle ayant une bonne conductivité thermique. Pour un meilleur contact thermique entre le boîtier du transistor et le radiateur, il est nécessaire de retirer la couche de peinture du boîtier aux points de contact, de l'installer dans le radiateur et de le coller avec le minimum d'espace possible. Installez le transistor avec le radiateur sur la carte, comme d'habitude, avec les bords inférieurs du radiateur touchant la carte. Si la largeur de la bande est de 7 mm, et la hauteur du radiateur (en tôle étamée de 0,35 mm d'épaisseur) est de 22 mm, alors avec une puissance de dissipation de 500 mW, la température du radiateur à l'endroit où le transistor est collé ne dépasse pas 55°C.
10,7. Radiateur en métal « fragile », par exemple, à partir d'une feuille de duralumin, réalisée sous la forme d'un ensemble de plaques (Fig. 10.5). Lors de la réalisation de joints et de plaques de radiateur, il faut s'assurer qu'il n'y a pas de bavures sur les bords des trous et sur les bords des plaques. Les surfaces de contact des joints et des plaques sont soigneusement poncées avec du papier de verre à grain fin, en le plaçant sur un verre plat. S'il n'est pas nécessaire d'isoler le boîtier du transistor du corps de l'appareil, le radiateur peut alors être monté sur la paroi du corps de l'appareil ou sur la cloison interne sans joints isolants, ce qui assure un transfert de chaleur plus efficace.
10.8. Montage de diodes type D226 sur un radiateur ou sur une plaque de dissipateur thermique. Les diodes sont fixées à l'aide d'une bride. La borne cathodique est mordue à la base et le fond est soigneusement nettoyé avec du papier de verre à grain fin jusqu'à l'obtention d'une surface propre et plane. S'il est nécessaire de quitter la borne cathodique, alors percez un trou dans le radiateur pour la borne, retirez le vernis du fond à l'acétone et limez soigneusement le côté (bord) de la diode au ras du fond pour un meilleur contact thermique de la diode avec le radiateur.
10.9. Contact thermique amélioré entre le transistor et le dissipateur thermique assurera une plus grande dissipation de puissance sur le transistor.
Parfois, notamment lors de l'utilisation de radiateurs en fonte, éliminer les cavités et autres imperfections de surface au point de contact thermique (pour l'améliorer) peut être difficile, voire impossible. Dans ce cas, un joint en plomb sera utile. La plaque de plomb est soigneusement roulée ou aplatie entre deux barres plates lisses jusqu'à une épaisseur d'environ 10,5 mm et l'entretoise est découpée à la taille et à la forme requises. Les deux côtés sont nettoyés avec du papier de verre à grain fin, installés sous le transistor et l'ensemble est étroitement comprimé avec des vis. Le joint ne doit pas avoir une épaisseur supérieure à 1 mm, car la conductivité thermique du plomb est faible.
10.10. Noircissement des radiateurs en aluminium. Pour augmenter l'efficacité du transfert de chaleur du radiateur, sa surface est généralement mate et sombre. Moyen abordable noircissement - traitement du radiateur dans une solution aqueuse de chlorure ferrique.
Pour préparer la solution, un volume égal de poudre de chlorure ferrique et d’eau est nécessaire. Le radiateur est nettoyé de la poussière et de la saleté, soigneusement dégraissé avec de l'essence ou de l'acétone et immergé dans la solution. Gardez dans la solution pendant 5 à 10 minutes. La couleur du radiateur est gris foncé. Le traitement doit être effectué dans un endroit bien ventilé ou à l'extérieur.
SAVIEZ-VOUS?
10.11.
Le régime thermique des transistors de faible puissance peut être atténué en plaçant un tore (« volant ») sur le corps métallique du transistor - une spirale torsadée à partir d'un fil de cuivre, de laiton ou de bronze d'un diamètre de 0,5 à 1,0 mm.
10.12.
Bon radiateur peut être le corps métallique de l'appareil ou ses cloisons internes.
10.13.
La planéité de la plage de contact du radiateur est vérifiée en enduisant la base du transistor avec un peu de peinture et en l'appliquant sur la surface de la plage de contact. Zones de contact saillantes. Les plaquettes de radiateur seront colorées.
10.14.
Pour assurer un bon contact thermique, la surface du transistor adjacente au dissipateur thermique peut être lubrifiée avec un lubrifiant non siccatif, tel que du silicone. Cela réduira la résistance thermique du contact d'une fois et demie à deux fois.
10.15.
Pour améliorer les conditions de refroidissement, le radiateur doit être positionné de manière à ne pas gêner les flux d'air de convection : les ailettes du radiateur sont verticales, et le côté sur lequel se trouve le transistor doit être sur le côté, et non en dessous ou au dessus.
À propos de la protection schémas électriquesà cause d'une polarité incorrecte de l'alimentation utilisant un transistor à effet de champ, je me suis souvenu que j'avais depuis longtemps un problème non résolu de déconnexion automatique de la batterie du chargeur lorsque ce dernier était hors tension. Et je suis devenu curieux de savoir s'il était possible d'appliquer une approche similaire dans un autre cas, où, depuis des temps immémoriaux, une diode était également utilisée comme élément d'arrêt.
Cet article est un guide typique de construction de vélos, car... parle du développement d'un circuit dont la fonctionnalité est depuis longtemps implémentée dans des millions d'appareils finis. Par conséquent, la demande ne traite pas ce matériel comme quelque chose de complètement utilitaire. Il s'agit plutôt simplement de l'histoire de la naissance d'un appareil électronique : de la reconnaissance d'un besoin à un prototype fonctionnel en passant par tous les obstacles.
A quoi ça sert tout ça ?
Lors de la sauvegarde d'une alimentation CC basse tension, le moyen le plus simple d'inclure une batterie au plomb est de servir de tampon, simplement en parallèle avec l'alimentation secteur, comme cela se faisait dans les voitures avant qu'elles n'aient un cerveau complexe. Bien que la batterie ne fonctionne pas dans le mode le plus optimal, elle est toujours chargée et ne nécessite aucune commutation d'alimentation lorsque la tension secteur à l'entrée de l'alimentation est désactivée ou activée. Ci-dessous, nous parlerons plus en détail de certains des problèmes liés à une telle inclusion et des tentatives pour les résoudre.Arrière-plan
Il y a seulement 20 ans, une telle question n’était pas à l’ordre du jour. La raison en était le circuit d'une alimentation secteur (ou chargeur) typique, qui empêchait la batterie de se décharger sur ses circuits de sortie lorsque la tension secteur était coupée. Voyons le schéma le plus simple bloc avec redressement demi-onde :Il est bien évident que la même diode qui redresse la tension alternative de l'enroulement secteur empêchera également la batterie de se décharger sur l'enroulement secondaire du transformateur lorsque la tension d'alimentation secteur est coupée. Le circuit redresseur en pont double alternance, bien que moins évident, possède exactement les mêmes propriétés. Et même l'utilisation d'un stabilisateur de tension paramétrique avec un amplificateur de courant (comme le très répandu microcircuit 7812 et ses analogues) ne change pas la situation :
En effet, si l'on regarde le circuit simplifié d'un tel stabilisateur, il devient clair que la jonction émetteur du transistor de sortie joue le rôle de la même diode d'arrêt, qui se ferme lorsque la tension à la sortie du redresseur est perdue, et maintient la charge de la batterie est intacte.
Cependant, ces dernières années, tout a changé. Les alimentations de transformateur avec stabilisation paramétrique ont été remplacées par des convertisseurs de tension AC/DC à découpage plus compacts et moins chers, qui ont un rendement et un rapport puissance/poids beaucoup plus élevés. Mais malgré tous leurs avantages, ces alimentations présentent un inconvénient : leurs circuits de sortie ont une conception de circuit beaucoup plus complexe, qui n'offre généralement aucune protection contre le reflux de courant provenant du circuit secondaire. En conséquence, lors de l'utilisation d'une telle source dans un système du type « BP -> batterie tampon -> charge », lorsque la tension secteur est coupée, la batterie commence à se décharger intensément vers les circuits de sortie de l'alimentation.
Le moyen le plus simple (diode)
La solution la plus simple est d'utiliser une diode barrière Schottky reliée au fil positif reliant l'alimentation et la batterie :
Cependant, les principaux problèmes d'une telle solution ont déjà été évoqués dans l'article mentionné ci-dessus. De plus, cette approche peut s'avérer inacceptable du fait qu'une batterie au plomb de 12 volts nécessite une tension d'au moins 13,6 volts pour fonctionner en mode tampon. Et près d'un demi-volt tombant aux bornes de la diode peut rendre cette tension tout simplement inaccessible en combinaison avec l'alimentation existante (exactement mon cas).
Tout cela nous oblige à rechercher des moyens alternatifs de commutation automatique, qui devraient avoir les propriétés suivantes :
- Faible chute de tension directe lorsqu'il est allumé.
- Capacité à supporter, sans échauffement important, le courant continu consommé par l'alimentation électrique par la charge et la batterie tampon à la mise sous tension.
- Chute de tension inverse élevée et faible autoconsommation hors état.
- État normalement éteint, de sorte que lorsqu'une batterie chargée est connectée à un système initialement hors tension, elle ne commence pas à se décharger.
- Passage automatique à l'état passant lorsque la tension secteur est appliquée, quels que soient la présence et le niveau de charge de la batterie.
- Transition automatique la plus rapide possible vers l'état éteint en cas de panne de courant.
Solution naïve (relais DC)
Lors de l'analyse des exigences, quiconque est même un peu « au courant » aura l'idée d'utiliser à cet effet un relais électromagnétique, capable de fermer physiquement les contacts à l'aide de champ magnétique, créé par le courant de commande dans l'enroulement. Et il griffonnera probablement même quelque chose comme ceci sur une serviette :
Dans ce circuit, les contacts du relais normalement ouverts se ferment uniquement lorsque le courant circule dans l'enroulement connecté à la sortie de l'alimentation. Cependant, si vous parcourez la liste des exigences, il s'avère que ce circuit ne correspond pas au point 6. Après tout, si les contacts du relais étaient une fois fermés, une perte de tension secteur ne conduirait pas à leur ouverture car le bobinage (et avec lui tout le circuit de sortie de l'alimentation) reste connecté à la batterie via les mêmes contacts ! Il existe un cas typique de rétroaction positive, lorsque le circuit de commande a une connexion directe avec le circuit exécutif et, par conséquent, le système acquiert les propriétés d'un déclencheur bistable.
Une approche aussi naïve ne constitue donc pas une solution au problème. De plus, si vous analysez logiquement la situation actuelle, vous pouvez facilement conclure que dans l'intervalle « BP -> batterie tampon », dans des conditions idéales, aucune autre solution qu'une vanne conduisant le courant dans un sens ne peut tout simplement être. En effet, si nous n'utilisons aucun signal de commande externe, peu importe ce que nous faisons à ce stade du circuit, n'importe lequel de nos éléments de commutation, une fois allumé, rendra l'électricité créée par la batterie impossible à distinguer de l'électricité créée par la batterie. source de courant.
Rond-point (relais AC)
Après avoir réalisé tous les problèmes du point précédent, une personne « fouillant » a généralement une nouvelle idée consistant à utiliser l'alimentation elle-même comme vanne conductrice unidirectionnelle. Pourquoi pas? Après tout, si l'alimentation n'est pas un dispositif réversible et que la tension de la batterie fournie à sa sortie ne crée pas de tension alternative de 220 volts à l'entrée (comme cela arrive dans 100 % des cas dans les circuits réels), alors cette différence peut être utilisé comme signal de commande pour l'élément de commutation :
Bingo ! Toutes les exigences sont remplies et la seule chose nécessaire pour cela est un relais capable de fermer les contacts lorsque la tension secteur lui est appliquée. Il peut s'agir d'un relais CA spécial conçu pour la tension secteur. Ou un relais ordinaire avec sa propre mini-alimentation (n'importe quel circuit abaisseur sans transformateur avec un simple redresseur suffit ici).
Nous aurions pu célébrer la victoire, mais je n’ai pas aimé cette décision. Premièrement, vous devez connecter quelque chose directement au réseau, ce qui n'est pas bon du point de vue de la sécurité. Deuxièmement, le fait que ce relais doit commuter des courants importants, probablement jusqu'à des dizaines d'ampères, ce qui rend l'ensemble de la conception moins trivial et compact qu'il y paraît au départ. Et troisièmement, qu’en est-il d’un transistor à effet de champ aussi pratique ?
Première solution (FET + voltmètre de batterie)
La recherche d'une solution plus élégante au problème m'a amené à réaliser qu'une batterie fonctionnant en mode tampon à une tension d'environ 13,8 volts, sans « recharge » externe, perd rapidement sa tension d'origine même en l'absence de charge. . S'il commence à se décharger sur l'alimentation électrique, il perd au moins 0,1 volt dans la première minute, ce qui est plus que suffisant pour une fixation fiable par un simple comparateur. En général, l'idée est la suivante : la grille d'un transistor à effet de champ de commutation est contrôlée par un comparateur. L'une des entrées du comparateur est connectée à une source de tension stable. La deuxième entrée est connectée au diviseur de tension d'alimentation. De plus, le coefficient de division est choisi de telle sorte que la tension à la sortie du diviseur lorsque l'alimentation est allumée soit d'environ 0,1 à 0,2 volts supérieure à la tension de la source stabilisée. En conséquence, lorsque l'alimentation est allumée, la tension du diviseur prévaudra toujours, mais lorsque le réseau est hors tension, à mesure que la tension de la batterie baisse, elle diminuera proportionnellement à cette baisse. Après un certain temps, la tension à la sortie du diviseur sera inférieure à la tension du stabilisateur et le comparateur coupera le circuit à l'aide d'un transistor à effet de champ.Un schéma approximatif d'un tel appareil :
Comme vous pouvez le constater, l’entrée directe du comparateur est connectée à une source de tension stable. La tension de cette source, en principe, n'a pas d'importance, l'essentiel est qu'elle se situe dans les tensions d'entrée admissibles du comparateur, mais elle est pratique lorsqu'elle correspond à environ la moitié de la tension de la batterie, soit environ 6 volts. L'entrée inverse du comparateur est connectée au diviseur de tension d'alimentation et la sortie est connectée à la grille du transistor de commutation. Lorsque la tension à l'entrée inverse dépasse celle à l'entrée directe, la sortie du comparateur connecte la grille du transistor à effet de champ à la masse, provoquant l'activation du transistor et complétant le circuit. Après avoir mis le réseau hors tension, après un certain temps, la tension de la batterie chute, avec elle la tension à l'entrée inverse du comparateur chute, et lorsqu'elle est inférieure au niveau à l'entrée directe, le comparateur « déchire » la grille du transistor de le sol et coupe ainsi le circuit. Par la suite, lorsque l'alimentation « reprend vie », la tension à l'entrée inverse remontera instantanément à un niveau normal et le transistor s'ouvrira à nouveau.
Pour la mise en œuvre pratique de ce circuit, j'ai utilisé la puce LM393 que je possédais. C'est un produit très bon marché (moins de dix centimes au détail), mais en même temps économique et doté d'assez bonnes caractéristiques, un double comparateur. Il permet d'alimenter des tensions jusqu'à 36 volts, possède un coefficient de transmission d'au moins 50 V/mV et ses entrées ont une impédance assez élevée. Le premier des MOSFET à canal P haute puissance disponibles dans le commerce, le FDD6685, a été utilisé comme transistor de commutation. Après plusieurs expériences, le circuit de commutation pratique suivant a été dérivé :
Dans celui-ci, la source abstraite de tension stable est remplacée par un stabilisateur paramétrique très réel composé de la résistance R2 et de la diode Zener D1, et le diviseur est réalisé sur la base de la résistance d'ajustement R1, ce qui vous permet d'ajuster le coefficient de division au souhaité valeur. Les entrées du comparateur ayant une impédance très importante, la valeur de la résistance d'amortissement dans le stabilisateur peut être supérieure à une centaine de kOhms, ce qui permet de minimiser le courant de fuite, et donc la consommation totale de l'appareil. La valeur de la résistance d'ajustement n'est pas du tout critique et peut être choisie entre dix et plusieurs centaines de kOhms sans aucune conséquence sur les performances du circuit. Du fait que le circuit de sortie du comparateur LM393 est construit selon un circuit à collecteur ouvert, une résistance de charge R3 d'une résistance de plusieurs centaines de kOhms est également nécessaire pour son achèvement fonctionnel.
Le réglage de l'appareil revient à régler la position du curseur de la résistance de réglage dans une position où la tension sur la branche 2 du microcircuit dépasse celle de la branche 3 d'environ 0,1 à 0,2 volts. Pour la mise en place, il vaut mieux ne pas utiliser de multimètre dans les circuits haute impédance, mais simplement en plaçant le curseur de la résistance en position basse (selon le schéma), brancher l'alimentation (on ne connecte pas encore la batterie), et, en mesurant la tension sur la broche 1 du microcircuit, déplacez le contact de la résistance vers le haut. Dès que la tension chute brusquement jusqu'à zéro, le préréglage peut être considéré comme terminé.
Vous ne devez pas vous efforcer de vous éteindre avec une différence de tension minimale, car cela entraînerait inévitablement un fonctionnement incorrect du circuit. En conditions réelles, au contraire, il faut volontairement baisser la sensibilité. Le fait est que lorsque la charge est allumée, la tension à l'entrée du circuit chute inévitablement en raison d'une stabilisation non idéale de l'alimentation électrique et de la résistance finie des fils de connexion. Cela peut conduire au fait qu'un appareil trop sensible considérera une telle baisse comme une déconnexion de l'alimentation électrique et coupera le circuit. En conséquence, l'alimentation ne sera connectée que lorsqu'il n'y a pas de charge, et la batterie devra fonctionner le reste du temps. Certes, lorsque la batterie est légèrement déchargée, la diode interne du transistor à effet de champ s'ouvrira et le courant de l'alimentation commencera à circuler dans le circuit à travers elle. Mais cela entraînera une surchauffe du transistor et le fait que la batterie fonctionnera en mode de sous-charge à long terme. En général, l'étalonnage final doit être effectué sous une charge réelle, en surveillant la tension sur la broche 1 du microcircuit et en laissant finalement une petite marge de fiabilité.
Les inconvénients importants de ce schéma sont la relative complexité de l'étalonnage et la nécessité de tolérer les pertes potentielles d'énergie de la batterie afin de garantir un fonctionnement correct.
Le dernier inconvénient m'a hanté et après réflexion m'a amené à l'idée de mesurer non pas la tension de la batterie, mais directement le sens du courant dans le circuit.
Deuxième solution (transistor à effet de champ + compteur de direction du courant)
Pour mesurer la direction du courant, un capteur intelligent pourrait être utilisé. Par exemple, un capteur Hall qui enregistre le vecteur champ magnétique autour d'un conducteur et permet de déterminer non seulement la direction, mais aussi l'intensité du courant sans couper le circuit. Cependant, en raison de l'absence d'un tel capteur (et de l'expérience acquise avec de tels dispositifs), il a été décidé d'essayer de mesurer le signe de la chute de tension sur le canal du transistor à effet de champ. Bien sûr, à l'état ouvert, la résistance du canal est mesurée en centièmes d'ohm (c'est à cela que sert toute l'idée), mais néanmoins, elle est assez finie et vous pouvez essayer de jouer dessus. Un argument supplémentaire en faveur de cette solution est qu’il n’est pas nécessaire de procéder à des ajustements fins. Nous mesurerons uniquement la polarité de la chute de tension, et non sa valeur absolue.D'après les calculs les plus pessimistes, avec une résistance à canal ouvert du transistor FDD6685 d'environ 14 mOhm et une sensibilité différentielle du comparateur LM393 de la colonne « min » de 50 V/mV, nous aurons une excursion pleine tension de 12 volts. à la sortie du comparateur avec un courant traversant le transistor d'un peu plus de 17 mA. Comme vous pouvez le constater, la valeur est bien réelle. En pratique, elle devrait être inférieure d'environ un ordre de grandeur, car la sensibilité typique de notre comparateur est de 200 V/mV, la résistance du canal du transistor en conditions réelles, compte tenu de l'installation, ne sera probablement pas inférieure à 25 mOhm, et la L'oscillation de la tension de commande au niveau du portail ne doit pas dépasser trois volts.
L’implémentation abstraite ressemblerait à ceci :
Ici, les entrées du comparateur sont connectées directement au bus positif sur les côtés opposés du transistor à effet de champ. Lorsque le courant le traverse différentes directions, les tensions aux entrées du comparateur différeront inévitablement, et le signe de la différence correspondra à la direction du courant, et l'amplitude correspondra à sa force.
À première vue, le circuit s'avère extrêmement simple, mais ici un problème se pose au niveau de l'alimentation du comparateur. Cela réside dans le fait qu’on ne peut pas alimenter le microcircuit directement à partir des mêmes circuits qu’il est censé mesurer. Selon la fiche technique, la tension maximale aux entrées du LM393 ne doit pas être supérieure à la tension d'alimentation moins deux volts. Si ce seuil est dépassé, le comparateur cesse de remarquer la différence de tensions aux entrées directes et inverses.
Il existe deux solutions potentielles à ce problème. La première, évidente, consiste à augmenter la tension d’alimentation du comparateur. La deuxième chose qui vient à l'esprit, si l'on réfléchit un peu, est de réduire les tensions de commande de manière égale à l'aide de deux diviseurs. Voici à quoi cela pourrait ressembler :
Ce schéma séduit par sa simplicité et sa concision, mais, malheureusement, il n'est pas réalisable dans le monde réel. Le fait est que nous avons affaire à une différence de tension entre les entrées du comparateur de quelques millivolts seulement. Dans le même temps, la répartition de la résistance des résistances, même de la classe de précision la plus élevée, est de 0,1 %. Avec un rapport de division minimum acceptable de 2 à 8 et une impédance de diviseur raisonnable de 10 kOhm, l'erreur de mesure atteindra 3 mV, ce qui est plusieurs fois supérieur à la chute de tension aux bornes du transistor à un courant de 17 mA. L'utilisation d'un « tuner » dans l'un des diviseurs est éliminée pour la même raison, car il n'est pas possible de sélectionner sa résistance avec une précision supérieure à 0,01% même en utilisant une résistance multitours de précision (et n'oubliez pas sur la dérive temporelle et thermique). De plus, comme déjà écrit ci-dessus, ce circuit ne devrait théoriquement pas nécessiter d'étalonnage en raison de sa nature presque « numérique ».
D’après tout ce qui a été dit, en pratique, la seule option qui reste est d’augmenter la tension d’alimentation. En principe, ce n'est pas un problème, étant donné qu'il existe un grand nombre de microcircuits spécialisés qui vous permettent de construire un convertisseur élévateur pour la tension requise en utilisant seulement quelques pièces. Mais alors la complexité de l'appareil et sa consommation vont presque doubler, ce que j'aimerais éviter.
Il existe plusieurs façons de construire un convertisseur élévateur de faible puissance. Par exemple, la plupart des convertisseurs intégrés utilisent la tension d'auto-induction d'un petit inducteur connecté en série avec un interrupteur « d'alimentation » situé directement sur la puce. Cette approche est justifiée pour une conversion relativement puissante, par exemple pour alimenter une LED avec un courant de plusieurs dizaines de milliampères. Dans notre cas, c’est clairement redondant, car il suffit de fournir un courant d’environ un milliampère. Un circuit de doublement de tension continue utilisant un interrupteur de commande, deux condensateurs et deux diodes nous convient beaucoup mieux. Le principe de son fonctionnement peut être compris à partir du schéma :
Au premier instant, lorsque le transistor est désactivé, rien d’intéressant ne se produit. Le courant du bus d'alimentation passe par les diodes D1 et D2 jusqu'à la sortie, de sorte que la tension sur le condensateur C2 est même légèrement inférieure à celle fournie à l'entrée. Cependant, si le transistor s'ouvre, le condensateur C1, à travers la diode D1 et le transistor, se chargera presque jusqu'à la tension d'alimentation (moins la chute directe entre D1 et le transistor). Maintenant, si nous fermons à nouveau le transistor, il s'avère que le condensateur chargé C1 est connecté en série avec la résistance R1 et la source d'alimentation. En conséquence, sa tension s'ajoutera à la tension de la source d'alimentation et, après avoir subi quelques pertes dans la résistance R1 et la diode D2, chargera C2 jusqu'à presque doubler Uin. Après cela, tout le cycle peut être recommencé. En conséquence, si le transistor commute régulièrement et que l'extraction d'énergie de C2 n'est pas trop importante, à partir de 12 volts vous en obtenez environ 20 au prix de seulement cinq pièces (sans compter la clé), parmi lesquelles il n'y a pas un seul enroulement. ou élément dimensionnel.
Pour mettre en œuvre un tel doubleur, en plus des éléments déjà listés, nous avons besoin d'un générateur d'oscillations et de la clé elle-même. Cela peut sembler beaucoup de détails, mais en réalité ce n'est pas le cas, car nous avons déjà presque tout ce dont nous avons besoin. J'espère que vous n'avez pas oublié que le LM393 contient deux comparateurs ? Et qu’en est-il du fait que nous n’en avons utilisé qu’un jusqu’à présent ? Après tout, un comparateur est aussi un amplificateur, ce qui signifie que si vous l'acceptez avec un positif retour Par courant alternatif, il se transformera en générateur. Dans le même temps, son transistor de sortie s'ouvrira et se fermera régulièrement, jouant parfaitement le rôle de double clé. Voici ce que nous obtenons lorsque nous essayons de mettre en œuvre notre plan :
Au début, l'idée d'alimenter un générateur avec la tension qu'il produit réellement pendant son fonctionnement peut sembler assez folle. Cependant, si vous regardez de plus près, vous remarquerez que le générateur reçoit initialement de l'énergie via les diodes D1 et D2, ce qui est suffisant pour qu'il démarre. Une fois la génération effectuée, le doubleur commence à fonctionner et la tension d'alimentation augmente progressivement jusqu'à environ 20 volts. Ce processus ne prend pas plus d'une seconde, après quoi le générateur, et avec lui le premier comparateur, reçoivent une puissance qui dépasse largement la tension de fonctionnement du circuit. Cela nous donne la possibilité de mesurer directement la différence de tension à la source et au drain du transistor à effet de champ et d'atteindre notre objectif.
Voici le schéma final de notre switch :
Il n'y a plus rien à expliquer, tout est décrit ci-dessus. Comme vous pouvez le constater, l'appareil ne contient aucun élément de réglage et, s'il est correctement assemblé, il commence à fonctionner immédiatement. En plus des éléments actifs déjà familiers, seules deux diodes ont été ajoutées, pour lesquelles vous pouvez utiliser n'importe quelle diode de faible puissance avec une tension inverse maximale d'au moins 25 volts et un courant direct maximum de 10 mA (par exemple, le largement utilisé 1N4148, qui peut être dessoudé d'une ancienne carte mère).
Ce circuit a été testé sur une maquette, où il s'est avéré entièrement fonctionnel. Les paramètres obtenus correspondent pleinement aux attentes : commutation instantanée dans les deux sens, pas de réponse inadéquate lors de la connexion d'une charge, la consommation de courant de la batterie n'est que de 2,1 mA.
L'une des options de disposition des circuits imprimés est également incluse. 300 dpi, vue du côté des pièces (il faut donc imprimer en image miroir). Le transistor à effet de champ est monté côté conducteur.
Appareil assemblé, entièrement prêt à être installé :
Je l'ai câblé à l'ancienne, il s'est donc avéré un peu tordu, mais néanmoins, l'appareil remplit régulièrement ses fonctions depuis plusieurs jours dans un circuit avec un courant allant jusqu'à 15 ampères sans aucun signe de surchauffe.
À PROPOS DES RADIATEURS
Le dissipateur thermique (radiateur) d'un amplificateur de puissance joue un rôle important dans ses caractéristiques de fonctionnement, déterminant avant tout la fiabilité de l'amplificateur et, en règle générale, ayant ses propres caractéristiques. Les principaux sont quelques-uns :
-résistance thermique
- zone de refroidissement.
Sans entrer dans les détails de la physique, la résistance thermique d'un radiateur est la vitesse à laquelle le point de chauffage transférera sa chaleur aux surfaces de refroidissement - les nervures. Ce paramètre est pris en compte assez rarement, c'est pourquoi les amplificateurs faits maison échouent souvent. La figure 18 montre schématiquement les processus de chauffage du dissipateur thermique à partir de la bride du transistor de puissance.
Figure 18 Répartition de la chaleur à l'intérieur de la base porteuse du dissipateur thermique.
Lorsque l'épaisseur de la base porteuse est de 3 mm, la chaleur de la bride atteint rapidement la face arrière et se propage ensuite assez lentement, car l'épaisseur du matériau est trop faible. En conséquence, un échauffement local important se produit et les plans de refroidissement (ailettes) restent froids. Avec une épaisseur de base de support de 8 mm, la chaleur de la bride atteint beaucoup plus lentement la face arrière du radiateur, car il est nécessaire de réchauffer des sections du radiateur dans le plan horizontal. De cette façon, le chauffage se produit plus uniformément et les plans de refroidissement commencent à se réchauffer plus uniformément.
Nous pourrions bien sûr déterrer un tas de formules et les publier ici, mais ce sont des mathématiques trop « lourdes », nous nous attarderons donc uniquement sur les résultats approximatifs des calculs.
L'épaisseur de la base de support des amplificateurs AB doit être 1 mm pour 10 W puissance de sortie de l'amplificateur, mais pas moins de 2 mm. Pour les puissances supérieures à 100 W, l'épaisseur de la base de support doit être d'au moins 9 mm + 1 mm pour chaque 50 W dépassant 100 W. Pour les amplificateurs de puissance avec alimentation à plusieurs niveaux (G et H), l'épaisseur de la base de support doit être calculée de la même manière, mais la puissance de l'amplificateur divisée par le nombre de niveaux de puissance doit être considérée comme puissance initiale.
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POUVOIR |
ÉPAISSEUR |
COMMENT CALCULÉ |
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CLASSE |
LE MINIMUM | ||
| 40 W / 10 = 4 mm | |||
| 40 W / 10 = 6 mm | |||
| 150 W - 100 W = 50 W dépassant la limite de 100 W, donc 9 mm + 1 mm = 10 mm | |||
| 300 W - 100 W = 200 W dépassant la limite de 100 W, donc 9 mm + (200 / 50) = 9 mm + 4 mm = 13 mm | |||
| 600 W - 100 W = 500 W dépassant la limite de 100 W, donc 9 mm + (500 / 50) = 9 mm + 10 mm = 19 mm | |||
| 900 W - 100 W = 800 W dépassant la limite de 100 W, donc 9 mm + (800 / 50) = 9 mm + 16 mm = 25 mm | |||
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CLASSE |
500 / 2 = 250 W - puissance maximale libérée par un niveau, 250 - 100 = 150 - la différence entre la base 100 W, 150 / 50 = 3 - épaisseur supplémentaire à la base 9 mm, 9 +3 = 12 mm d'épaisseur de la base de support du radiateur. | ||
| 1000 / 2 = 500, 500 - 100 = 400, 400 / 50 = 8, 9 + 8 = 17 mm | |||
| 2000 / = 1000, 1000- 100 = 900, 900 / 50 = 18, 9 + 18 = 27 mm | |||
Le caractère progressif des calculs pour des puissances supérieures à 100 W est dû au fait que de tels amplificateurs utilisent déjà plusieurs transistors connectés en parallèle, qui dissipent la chaleur uniformément à différents endroits de la base de support du radiateur. Pour les classes G et H, la puissance est divisée par 2 car c'est précisément à cause du changement de tension d'alimentation (connexion du deuxième niveau) que la puissance libérée diminue, qui n'est dissipée que lorsque le niveau du signal atteint une certaine valeur.
La surface de refroidissement est calculée purement mathématiquement en mesurant les principales dimensions du radiateur - Figure 19
Figure 20 Calcul de la surface de refroidissement du dissipateur thermique
Dans cette formule :
a - l'épaisseur de la base porteuse double car elle est en contact avec le fluide de refroidissement (dans ce cas, l'air) des deux côtés ;
b et d - essentiellement la hauteur de l'ailette, les deux côtés sont utilisés, car les deux sont en contact avec le fluide de refroidissement ;
c - La largeur du sommet de la côte peut être négligée ;
d est la distance entre les ailettes du radiateur ;
e - longueur de la face arrière du radiateur ;
n est le nombre d'ailettes du radiateur ;
h est la hauteur du radiateur.
Les projections de fixation et les reflux supplémentaires peuvent également être comptés, mais en règle générale, leur superficie est négligeable par rapport à la principale, elle peut donc être négligée. Cette formule ne prend pas non plus en compte la surface des extrémités des côtes.
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POUVOIR |
ZONE DU RADIATEUR À |
ZONE DU RADIATEUR À |
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| CLASSE AB | |||
| CLASSE G | |||
| CLASSE H | |||
Il ne faut pas avoir peur des immenses zones de refroidissement, puisqu'une tôle d'aluminium de 10 x 10 cm et 0,5 cm d'épaisseur a une surface de refroidissement totale de 10 x 10 = 100 m², deux faces, donc 100 x 2 = 200 m² . cm, plus 4 côtés d'extrémité d'une superficie de 0,5 x 10 = 5 ajoutent encore 20 cm² et nous obtenons ainsi 200 + 20 = 220 cm, et le radiateur représenté sur la figure 27 (dimensions 17 x 5,5 x 11,5 cm) a une surface de refroidissement de 3900 cm², donc De plus, les calculs incluent le chauffage du radiateur jusqu'à 80 degrés lors de la lecture des compositions les plus dures.
Il faut répondre à la question tout de suite POURQUOI POUR LES COURS g Et H LA SURFACE DES RADIATEURS EST PRESQUE DEUX FOIS PLUS PETITE ET POURQUOI g MOINS QUE H?
Pour obtenir une réponse plus compréhensible, il vaut la peine de revenir à la série de figures 7 à 13 et de la relire - la puissance maximale n'est dissipée qu'aux moments où le signal de sortie dépasse une valeur d'amplitude égale à la moitié de la tension d'alimentation, à d'autres moments. à certains moments, il augmente ou diminue. Lorsqu'elle est alimentée par deux niveaux, la puissance dissipée augmente jusqu'à atteindre la moitié de l'alimentation électrique du premier « étage », puis diminue et, ayant atteint une valeur presque égale à l'alimentation électrique du premier « étage », recommence à augmenter jusqu'à un maximum, puisque le deuxième étage électrique (classe H) est allumé par étapes, et il est 2 fois plus grand que le premier « étage ». Cependant, une fois le deuxième « étage » activé, la puissance diminue à mesure que le signal de sortie augmente. Par conséquent, dans un demi-cycle d'un signal sinusoïdal, les transistors finaux dissiperont deux fois la puissance maximale, mais celle-ci ne dépassera la valeur par rapport à la classe AB que de quelques pour cent. Pour la classe G, les processus de chauffage sont quelque peu différents de H, puisque la connexion du deuxième "étage" de puissance ne se fait pas par étapes, mais en douceur et la puissance dissipée des transistors terminaux est répartie, bien que pas uniformément - le troisième " sol » a une charge plus lourde que le premier. Jusqu'à ce que l'amplitude du signal de sortie atteigne la valeur d'activation du deuxième étage, les transistors terminaux fonctionnent en mode normal et, lorsque le deuxième étage est activé, ils dissipent de la puissance, mais de manière non significative, car en règle générale, le la différence attendue entre le premier et le deuxième étage est de 15-18 V. lorsque les transistors du deuxième étage sont allumés puissance la plus élevée Ce sont eux qui se dissipent et cela se produit au moment de leur mise sous tension, et à mesure que l'amplitude du signal de sortie augmente, la puissance dissipée diminue. En d'autres termes, la surface de refroidissement des amplificateurs G est inférieure à H précisément en raison du fait que le dégagement de chaleur se produit à différents endroits du radiateur - pendant que le premier étage fonctionne, certains transistors chauffent, dès le deuxième étage s'allume, ils commencent à refroidir et d'autres transistors situés dans un autre emplacement de radiateur chauffent.
S'il n'y a pas de radiateur avec une zone de refroidissement appropriée, vous pouvez utiliser le refroidissement forcé en installant des ventilateurs provenant d'équipements informatiques sur les radiateurs (Figure 21).
Figure 21 Apparence ventilateurs d'ordinateur
Lors de l'achat de ventilateurs, vous devez faire attention aux inscriptions sur leurs autocollants. En plus du fabricant, les ventilateurs indiquent la tension et la consommation de courant, qui déterminent les performances du ventilateur. Sur la figure 22, à gauche se trouve un moteur silencieux à basse vitesse (courant 0,08 A), presque inaudible, mais qui produit également un flux de refroidissement assez faible, et à droite se trouve une soufflerie bourdonnante (consommation de courant 0,3 A). . Il est recommandé d'utiliser des ventilateurs performants pour les amplificateurs de puissance, car les performances peuvent toujours être réduites en réduisant la vitesse de rotation (réduction de la tension d'alimentation), mais il n'est pas toujours possible de l'augmenter, ou, plus précisément, très rarement. Il existe plusieurs options pour contrôler le ventilateur.
Figure 22 À gauche se trouve un silencieux à faible performance, à droite un bourdonnement à haute performance.
Lors du choix d'un ventilateur, en plus des performances, vous devez décider des dimensions, car il existe déjà pas mal de tailles sur le marché et le MTBF est différent pour chacun, car certains fabricants utilisent des paliers lisses (l'arbre de la roue tourne en revêtements en bronze en poudre), et certains utilisent des roulements à billes, qui fonctionnent bien sûr beaucoup plus longtemps et sont moins susceptibles de s'obstruer par la poussière.
Il peut y avoir plusieurs options de circulation d’air ; par exemple, examinons les deux plus populaires.
La première option, essentiellement largement utilisée en informatique, consiste à installer le ventilateur sur le côté des ailettes et à diriger le flux d'air juste entre les ailettes de refroidissement (Figure 23).
Figure 23 Installation du ventilateur côté ailette du radiateur
La méthode du tuyau est moins populaire parmi les équipements informatiques, mais très populaire parmi les équipements industriels. Dans cette option, deux radiateurs sont tournés avec leurs ailettes face à face, et le flux d'air est dirigé entre les ailettes par un ventilateur situé à l'extrémité des radiateurs (Figure 24).
Figure 24 Assemblage d'une soufflerie à partir de deux radiateurs identiques.
Cette option est quelque peu préférable pour les équipements audio, car un ventilateur peut « souffler à travers » un radiateur assez long, lorsque les transistors sont situés sur un radiateur. structures npn, et de l'autre - p-n-p, vous pouvez vous passer de joints électriquement isolants, ce qui réduira la résistance thermique entre le corps du transistor et le radiateur. Bien entendu, les radiateurs devront être isolés du boîtier, et cette méthode est acceptable pour les amplificateurs qui utilisent des émetteurs suiveurs comme étage de sortie (LANZAR, HOLTON)
À propos, les radiateurs de processeur utilisés dans les ordinateurs sont conçus pour un refroidissement forcé et, malgré le fait qu'ils disposent de zones de refroidissement assez grandes, leur utilisation sans ventilateurs n'est pas conseillée. Le fait est que la distance entre les ailettes du radiateur est TRÈS petite et que la circulation naturelle de l'air est difficile, ce qui fait que le transfert de chaleur diminue de près de 2,5...3 fois. À l'aide d'un ventilateur avec une consommation de courant de 0,13 A, un radiateur du processeur P-IV peut supporter la chaleur de deux amplificateurs STONECOLD installés dessus avec une puissance de sortie de 140 W chacun.
En résumant tout ce qui précède, nous pouvons tirer les conclusions suivantes :
- lors du choix d'un radiateur, vous devez faire attention non seulement à la zone de refroidissement, mais également à l'épaisseur de la base de support ;
- les amplificateurs de puissance avec alimentation à deux niveaux chauffent presque 2 fois moins que les amplificateurs de classe AB aux mêmes puissances de sortie ;
-si la zone de refroidissement est insuffisante, il est efficace d'utiliser un refroidissement forcé (ventilateurs) avec des performances réglables.
À PROPOS DES TRANSISTORS SUR LES RADIATEURS
Même si les transistors sont choisis correctement et que la surface du radiateur est correctement calculée, un autre problème demeure : l'installation correcte des transistors sur le radiateur.
Tout d'abord, vous devez faire attention à la surface du radiateur sur laquelle sont installés des transistors ou des microcircuits - il ne doit y avoir aucun trou supplémentaire, la surface doit être lisse et non recouverte de peinture. Si la surface du radiateur est recouverte de peinture, elle doit être enlevée papier de verre, et au fur et à mesure que la peinture s'enlève, le grain du papier doit diminuer et lorsqu'il ne reste plus de traces de peinture, il est nécessaire de polir la surface pendant un certain temps avec du papier de verre fin.
Il est assez pratique d'utiliser des accessoires spéciaux pour une machine à découper (meuleuse) comme support de papier de verre, ou d'utiliser une meuleuse. Options possibles les buses sont montrées sur les images.
Figure 25 Ce disque est idéal pour enlever la vieille peinture et niveler la surface
radiateur aux endroits où les « ailettes inutiles » sont retirées, meulage « grossier ».
Pendant le traitement du radiateur Nécessairement fixer dans un étau de taille appropriée.
Figure 26 Cet accessoire est bon pour le meulage de « finition », mais l'utilisation d'une machine à couper n'est pas conseillée - l'aluminium « colle » dans le papier de verre et il est très difficile de tenir la machine dans vos mains - vous pouvez vous blesser. La forme de la buse elle-même tient assez confortablement dans la main et le ponçage manuel ne cause aucun inconvénient, et si vous vissez une vis dans la buse et l'enveloppez de ruban isolant, le travail sera un plaisir.
S'il est nécessaire de retirer seulement une partie des ailettes du radiateur, une meule à tronçonner est réalisée sur la base porteuse, puis des découpes sont réalisées au niveau des ailettes à la base avec une molette à tronçonner de petit diamètre et les fragments « supplémentaires » sont cassés. désactivé. Ensuite, en fixant le radiateur dans un étau, à l'aide d'une grosse lime ou d'une meule (elle diffère d'une meule à tronçonner par son épaisseur beaucoup plus grande), nivelez les points de rupture des nervures avec la surface de la base d'appui. Ensuite, l'outil de meulage est préparé. Pour sa fabrication, une poutre en bois à surface plane est utilisée. La largeur de la poutre doit être légèrement inférieure à la largeur des nervures retirées et la hauteur doit être environ 2 fois la hauteur des nervures retirées - cela la rendra plus pratique à tenir dans votre main). Ensuite, des bandes de caoutchouc sont collées sur les deux côtés « fonctionnels » de la poutre (vous pouvez acheter un bandage en caoutchouc dans une pharmacie ou un morceau de chambre à air dans les cabines de vulcanisation). Le caoutchouc ne doit pas être étiré, la colle utilisée est destinée au caoutchouc ou à base de polyuréthane. Ensuite, du papier de verre à gros grain est collé d'un côté de la poutre pour un ponçage grossier, et du papier de verre à grain fin pour la « finition » est collé de l'autre. Cela crée un dispositif de meulage double face qui vous permet de meuler rapidement la surface du radiateur sans trop d'effort. Si vous utilisez du papier de verre à base de papier vendu chez les concessionnaires automobiles, vous en aurez besoin d'un peu plus - il est poncé plus intensément que celui vendu dans les quincailleries (sur une base d'échelle), cependant, les ateliers automobiles proposent un choix beaucoup plus large de granulométries - allant de grains assez grossiers à un broyage "zéro".
Figure 27 Un radiateur d'un central téléphonique « ancien » est préparé pour l'installation de deux amplificateurs UM7293
La longueur du radiateur est de 170 mm, la surface de refroidissement est de 4 650 cm² - la valeur calculée pour une puissance totale de 150 W (2 x 75) est de 3 900 cm².
Très souvent, il est nécessaire de fixer les transistors aux radiateurs à l'aide de joints isolants. Couper le mica n'est pas un problème, mais des malentendus surviennent souvent avec les fixations isolées. Les boîtiers des transistors TO-126, TO-247, TO-3PBL (TO-264) sont structurellement conçus de telle sorte qu'une fixation isolée n'est pas nécessaire - à l'intérieur du boîtier, dans le trou de montage, le contact électrique avec la bride ne sera pas se produire. Mais les boîtiers TO-220, TO-204AA ne peuvent se passer de fixations isolées.
Vous pouvez sortir de cette situation en réalisant vous-même de telles fixations, à l'aide de vis et rondelles ordinaires (Figure 28-a). Des fils sont enroulés autour de la vis près de la tête (de préférence en coton, mais les trouver aujourd'hui est assez difficile). La longueur de l'enroulement ne doit pas dépasser 3,5 mm, l'augmentation du diamètre ne doit pas dépasser 3,7 mm (Figure 28-b). Ensuite, les fils sont imprégnés de SUPERGLUE, de préférence SECOND ou SUPERMOMENT. Les fils doivent être soigneusement mouillés afin que la colle ne pénètre pas sur le fil adjacent.
Pendant que la colle sèche, il est nécessaire de réaliser un « conducteur » - un dispositif qui permettra de normaliser la hauteur du revêtement isolant situé à l'intérieur de la bride du transistor. Pour ce faire, il faut percer un trou dans une pièce en plastique, aluminium ou textolite (l'épaisseur de la pièce est d'au moins 3 mm, le maximum n'a pas d'importance, mais cela n'a aucun sens de prendre plus de 5 mm), de préférence sur une perceuse (l'angle par rapport au plan de la pièce sera donc exactement de 90°, ce qui n'est pas sans importance), d'un diamètre de 2,5 mm. Ensuite, un évidement d'un diamètre de 4,2 mm est percé sur une profondeur de 1,2...1,3 mm, il est conseillé de percer les évidements à la main pour ne pas exagérer avec la profondeur. Ensuite, un filetage M3 est découpé dans le trou de 2,5 mm (Figure 28-c).
Figure 28
Ensuite, une rondelle est placée sur la vis et elle est vissée dans le « gabarit » jusqu'à ce que les filetages collés s'arrêtent à l'intérieur de l'évidement, la rondelle est placée sur le plan de la pièce et la SUPER GLUE est appliquée avec la tête sur les points de contact entre les vis et la rondelle sur tout le périmètre du contact (Fig. 29-a). Dès que la colle sèche, des fils sont enroulés sur la rainure obtenue, humidifiés de temps en temps avec de la SUPERGLUE jusqu'à ce que les filetages soient alignés avec le diamètre de la tête de vis. Idéalement, le filetage près de la rondelle doit être légèrement plus grand, c'est-à-dire le revêtement en plastique obtenu aura la forme d'un cône tronqué (Figure 29-b). Dès que la colle sèche, et cela prendra environ 10 minutes (la colle sèche plus lentement à l'intérieur du bobinage), vous pouvez dévisser la vis (Figure 29-c) et installer le transistor sur le radiateur (Figure 30), sans oublier traiter la bride du transistor et l'emplacement d'installation sur le radiateur avec une pâte thermoconductrice, par exemple KPT-8. À propos, plusieurs sites d'overclocking des processeurs IBM ont effectué des tests sur la conductivité thermique de diverses pâtes thermiques - KPT-8 apparaît systématiquement à la deuxième place partout, et compte tenu du fait qu'il coûte plusieurs fois moins cher que les gagnants, il s'avère être leader en termes de rapport qualité-prix.
Figure 29
Figure 30 Fixation du transistor TO-220 à l'aide d'une vis isolante maison.
Les boîtiers des transistors TIA TO-247 peuvent être installés sur le radiateur à l'aide des trous disponibles dans ceux-ci, et des fixations isolantes ne sont pas nécessaires. Cependant, lors de l'assemblage d'amplificateurs de haute puissance, le perçage et le filetage dans une base portante épaisse sont assez fastidieux. - avec quatre paires d'extrémités, il faut préparer 8 trous et ce n'est qu'un amplificateur de 400-500 watts. De plus, le silumin, le duralumin et plus encore l'aluminium, même lors du perçage, collent au tranchant, ce qui entraîne la casse du foret, mais il vaut mieux ne pas mentionner combien de tarauds sont cassés lors de la coupe des filetages.
Par conséquent, il est parfois plus facile d'utiliser des bandes supplémentaires qui presseront TOUS les transistors de la même structure à la fois, et d'utiliser des vis plus épaisses comme fixations et il en faudra beaucoup moins. L'une des options de fixation est illustrée à la figure 31. Comment Comme le montre la photo, 6 transistors sont pressés avec seulement trois vis et forcent beaucoup plus si chacun d'eux était pressé avec sa propre vis. En cas de réparation (à Dieu ne plaise, bien sûr), il sera beaucoup plus facile à dévisser.
Figure 31 Fixation des transistors au radiateur à l'aide d'une bande.
La signification de la force de pression est que lors du serrage d'une vis autotaraudeuse pour métal (utilisée pour la fixation de tôles, vendue dans toutes les quincailleries, il est préférable de retirer immédiatement le caoutchouc de la rondelle - elle se cassera de toute façon), la bande repose d'un côté contre la vis M3 avec des entretoises de vis M4. La hauteur totale de cette structure s'avère légèrement supérieure à l'épaisseur du boîtier du transistor, littéralement de 0,3...0,8 mm, ce qui entraîne une légère inclinaison de la barre et avec son deuxième bord elle appuie sur le transistor au milieu du logement.
Par conséquent, lors du choix d'une bande, sa largeur doit être calculée en fonction de :
- du bord jusqu'au milieu du trou avec une vis M3 3-4 mm
- du milieu du trou avec une vis M3 jusqu'au milieu du trou avec une vis autotaraudeuse 6-7 mm
- du milieu du trou pour la vis jusqu'au bord du transistor 1-2 mm
- du bord du transistor jusqu'au milieu de son corps ±2 mm.
La largeur de la bande en mm n'est pas indiquée intentionnellement, car les transistors peuvent ainsi être montés dans presque tous les boîtiers.
La barre peut être fabriquée à partir de fibre de verre, dont les bandes traînent généralement parmi les radioamateurs. Avec une épaisseur de textolite de 1,5 mm, pour la fixation des boîtiers TO-220, le textolite doit être plié en trois, lors de la fixation des boîtiers TO-247 - en quatre, lors de la fixation des boîtiers TO-3PBL - en cinq. Textolite est nettoyé de la feuille si elle est recouverte d'une feuille, soit mécaniquement, soit par gravure. Ensuite, il est poncé avec le papier de verre le plus grossier et collé avec de la colle époxy, de préférence fabriquée à Dzerjinsk. Une fois les plans poncés et enduits de colle, les bandes sont pliées et placées sous presse ou serrées dans un étau, en tenant compte du fait que l'excès de colle va encore couler quelque part, puis meilleur endroit Pour vous protéger d’éventuelles chutes, placez-y un sac en plastique que vous pourrez ensuite jeter.
La colle doit polymériser au moins une journée à température ambiante ; il ne vaut pas la peine d'accélérer la polymérisation en augmentant le foret - la colle devient cassante, mais le chauffage, au contraire, réduit le temps de durcissement de la colle sans modifier les propriétés physiques de la colle. Vous pouvez le réchauffer avec un sèche-cheveux ordinaire si vous n’avez pas d’armoire de séchage.
Il est conseillé de donner à la planche une rigidité supplémentaire d'un côté en pliant verticalement des bandes supplémentaires de textolite en deux.
Après séchage de la colle époxy, à l'endroit du contact mécanique de la bande avec le corps du transistor, il faut coller une bande de papier paysage pliée en trois ou quatre (la largeur de la bande obtenue est de 5 à 8 mm, selon sur le corps du transistor), après avoir préalablement enduit toute la pièce avec de la colle polyuréthane (TOP-TOP, MOMENT-CRYSTAL). Cette couche de papier apportera l'élasticité nécessaire à un pressage uniforme sans réduire l'effort de pressage du boîtier contre le radiateur (Figure 32).
Comme matériau pour la barre de serrage, non seulement la fibre de verre peut être utilisée, mais également un coin ou un profilé en duralumin ou un autre matériau suffisamment résistant.
Figure 32
Un petit conseil technologique - malgré le fait que les vis autotaraudeuses ont la forme d'une perceuse et lors de la fixation de la tôle ne nécessitent pas de perçage lors du perçage d'un radiateur, aux endroits où la vis autotaraudeuse est vissée, c'est mieux de percer des trous d'un diamètre de 3 mm, car l'épaisseur de l'aluminium est bien supérieure au matériau pour lequel ces vis autotaraudeuses sont conçues et l'aluminium colle assez fortement au tranchant (on peut simplement tordre la tête en essayant de visser une vis autotaraudeuse dans l'aluminium ou le silumin sans perçage).
L'utilisation de bandes de montage peut également être effectuée lors de l'installation de transistors de « différents calibres » sur le radiateur en utilisant de petits épaississements de la bande aux points de contact avec des boîtiers plus fins, et étant donné que les transistors sont plus fins et chauffent généralement moins, le le manque d'épaisseur peut être compensé en les posant en plusieurs couches de ruban de caoutchouc mousse double face.
Il y a un autre problème non résolu - la puissance de l'alimentation électrique, mais à ce sujet
Nous espérons désormais que les amplificateurs de puissance faits maison mourront beaucoup moins souvent....
La page a été préparée sur la base de matériaux provenant d'un grand nombre de sites sur l'ingénierie thermique, l'ingénierie audio, de sites sur l'overclocking des processeurs informatiques et les méthodes de refroidissement, à travers des mesures et des comparaisons de versions d'usine d'amplificateurs de puissance, des messages et de la correspondance des visiteurs du FER À SOUDER et UN PEU DE forums D'ÉQUIPEMENT AUDIO ont été utilisés.
= ([Température au point chaud, grC] - [Température au point froid, grC]) / [Puissance dissipée, W]
Cela signifie que si la puissance thermique X W vient du point chaud au point froid et que la résistance thermique est Y grC / W, alors la différence de température sera X * Y grC.
Formule de calcul du refroidissement d'un élément de puissance
Dans le cas du calcul de l'évacuation de la chaleur d'un élément électronique de puissance, celui-ci peut être formulé comme suit :
[Température du cristal de l'élément de puissance, grC] = [Température ambiante, grC] + [Puissance dissipée, W] *
Où [ Résistance thermique totale, grC/W] = + [Résistance thermique entre le boîtier et le radiateur, grC/W] + (pour le cas avec un radiateur),
ou [ Résistance thermique totale, grC/W] = [Résistance thermique entre la glace et le boîtier, grC/W] + [Résistance thermique entre le boîtier et l'environnement, grC/W] (pour le cas sans radiateur).
À la suite du calcul, nous devons obtenir une température cristalline telle qu'elle soit inférieure au maximum admissible spécifié dans l'ouvrage de référence.
Où puis-je obtenir les données pour le calcul ?
Résistance thermique entre la puce et le boîtier pour les éléments de puissance est généralement donné dans l'ouvrage de référence. Et il est désigné ainsi :
Ne soyez pas dérouté par le fait que l'ouvrage de référence contient des unités de mesure K/W ou K/W. Cela signifie que cette valeur est donnée en Kelvin par Watt, en grZ par W ce sera exactement la même, c'est-à-dire X K/W = X grZ/W.
Généralement, les ouvrages de référence donnent la valeur maximale possible de cette valeur, en tenant compte des variations technologiques. C'est ce dont nous avons besoin, car nous devons effectuer des calculs pour le pire des cas. Par exemple, la résistance thermique maximale possible entre le cristal et le corps du transistor à effet de champ de puissance SPW11N80C3 est de 0,8 GHz/W,
Résistance thermique entre le boîtier et le dissipateur thermique dépend du type de logement. Les valeurs maximales typiques sont données dans le tableau :
| 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 |
Joint isolant. D'après notre expérience, un joint isolant correctement sélectionné et installé double la résistance thermique.
Résistance thermique entre le boîtier/dissipateur thermique et l'environnement. Cette résistance thermique est assez simple à calculer avec une précision acceptable pour la plupart des appareils.
[Résistance thermique, grC/W] = [120, (grC * cm²) / W] / [Surface du radiateur ou de la partie métallique du corps de l'élément, m². cm].
Ce calcul convient aux conditions dans lesquelles des éléments et des radiateurs sont installés sans créer de conditions particulières pour un flux d'air naturel (convection) ou artificiel. Le coefficient lui-même a été choisi à partir de notre expérience pratique.
La spécification de la plupart des radiateurs contient la résistance thermique entre le radiateur et l'environnement. Donc dans les calculs il faut utiliser cette valeur. Cette valeur ne doit être calculée que si les données tabulaires sur le radiateur ne peuvent pas être trouvées. Nous utilisons souvent des radiateurs usagés pour assembler des échantillons de développement, cette formule nous aide donc beaucoup.
Dans le cas où la chaleur est dissipée à travers les contacts du circuit imprimé, la zone de contact peut également être utilisée dans le calcul.
Dans le cas où la chaleur est dissipée à travers les bornes d'un élément électronique (généralement des diodes et des diodes Zener de puissance relativement faible), la surface des bornes est calculée en fonction du diamètre et de la longueur de la borne.
[Zone terminale, m² cm.] = Pi * ([ Longueur du fil droit, cm.] * [Diamètre du terminal droit, cm.] + [Longueur du fil gauche, cm.] * [Diamètre du terminal gauche, cm.])
Un exemple de calcul de l'évacuation de la chaleur d'une diode Zener sans radiateur
Supposons qu'une diode Zener ait deux bornes d'un diamètre de 1 mm et d'une longueur de 1 cm et qu'elle dissipe 0,5 W. Alors:
La superficie du terminal sera d'environ 0,6 mètre carré. cm.
La résistance thermique entre le boîtier (bornes) et l'environnement sera de 120 / 0,6 = 200.
La résistance thermique entre le verre et le boîtier (bornes) peut être négligée dans ce cas, puisqu'elle est bien inférieure à 200.
Supposons que la température maximale à laquelle l'appareil fonctionnera sera de 40 grC. Alors la température du cristal = 40 + 200 * 0,5 = 140 grC, ce qui est acceptable pour la plupart des diodes Zener.
Calcul en ligne du dissipateur thermique - radiateur
Veuillez noter que pour les radiateurs à plaques, vous devez calculer la surface des deux côtés de la plaque. Pour les traces de PCB utilisées pour la dissipation thermique, un seul côté doit être pris, car l'autre n'est pas en contact avec l'environnement. Pour les radiateurs à aiguilles, il faut estimer approximativement la surface d'une aiguille et multiplier cette surface par le nombre d'aiguilles.
Calcul en ligne de l'évacuation de la chaleur sans radiateur
Plusieurs éléments sur un radiateur.
Si plusieurs éléments sont installés sur un dissipateur thermique, le calcul ressemble à ceci. Tout d'abord, nous calculons la température du radiateur à l'aide de la formule :
[Température radiateur, grC] = [Température ambiante, grC] + [Résistance thermique entre le radiateur et l'environnement, grC/W] * [Puissance totale, W]
[Température des cristaux, grC] = [Température radiateur, grC] + ([Résistance thermique entre le cristal et le corps de l'élément, grC/W] + [Résistance thermique entre le corps de l'élément et le radiateur, grC/W]) * [Puissance dissipée par l'élément, W]
Souvent, lors de la conception d'un appareil puissant utilisant des transistors de puissance, ou lors du recours à un redresseur puissant dans un circuit, nous sommes confrontés à une situation où il est nécessaire de dissiper une grande puissance thermique, mesurée en unités et parfois en dizaines de watts.
Par exemple, le transistor IGBT FGA25N120ANTD de Fairchild Semiconductor, s'il est installé correctement, est théoriquement capable de fournir environ 300 watts de puissance thermique à travers son boîtier à une température de boîtier de 25 °C ! Et si la température de son boîtier est de 100 °C, alors le transistor pourra délivrer 120 watts, ce qui est également beaucoup. Mais pour que le corps du transistor puisse transférer cette chaleur, il est en principe nécessaire de lui fournir des conditions de fonctionnement appropriées afin qu'il ne grille pas prématurément.
Tous les interrupteurs d'alimentation sont produits dans des boîtiers qui peuvent être facilement installés sur un dissipateur thermique externe - un radiateur. Dans la plupart des cas, la surface métallique d'une clé ou d'un autre dispositif dans un boîtier de bornes est connectée électriquement à l'une des bornes de ce dispositif, par exemple au collecteur ou au drain d'un transistor.
Ainsi, la tâche du radiateur est précisément de maintenir le transistor, et principalement ses jonctions de fonctionnement, à une température ne dépassant pas le maximum admissible.
Andreï Povny