10.1. Przeznaczenie grzejników- odprowadzają ciepło z urządzeń półprzewodnikowych, co pozwala na obniżenie temperatury złączy p-n i tym samym zmniejszenie jej wpływu na parametry pracy urządzeń. Stosuje się grzejniki płytowe, żebrowe i kołkowe. Aby poprawić odprowadzanie ciepła, najlepiej jest przymocować urządzenie półprzewodnikowe bezpośrednio do grzejnika. W przypadku konieczności izolacji galwanicznej urządzenia od obudowy, grzejnik mocuje się do obudowy poprzez izolację uszczelki. Zdolność grzejnika do oddawania ciepła zależy od stopnia zaczernienia materiału (lub jego powierzchni), z którego wykonany jest grzejnik:
Im wyższy stopień zaczernienia, tym efektywniejsze będzie odprowadzanie ciepła.
10.2. Chłodnica szpilkowa-bardzo efektywny radiator do urządzeń półprzewodnikowych. Aby to zrobić, potrzebujesz blachy duraluminium o grubości 4-6 mm i drutu aluminiowego o średnicy 3-5 mm.
Na powierzchni wstępnie obrobionej płyty chłodnicy miejsca otworów na kołki, zaciski tranzystora (lub diody) i śruby montażowe są zaznaczone stemplem. Odległość pomiędzy środkami otworów (skok) na kołki w rzędzie oraz pomiędzy rzędami powinna być równa 2-2,5 średnicy użytego drutu aluminiowego. Średnicę otworów dobiera się tak, aby drut wchodził do nich z możliwie najmniejszą szczeliną. Z drugiej strony otwory są zagłębione na głębokość 1-1,5 mm.
Trzpień wykonany jest z pręta stalowego o długości 80-100 mm i średnicy B-10 mm, dla którego na końcu pręta wierci się otwór o średnicy o 0,1 mm większej niż średnica drutu. Głębokość otworu powinna być równa wysokości przyszłych kołków chłodnicy.
Ryż. 10.1. Zaciskarka do szpilek chłodnicy
Następnie wycina się wymaganą liczbę półwyrobów. W tym celu w otwór w trzpieniu wkłada się kawałek drutu i odcina go obcinakami do drutu tak, aby długość końca wystającego z trzpienia była o 1-1,5 mm większa niż grubość blachy. Trzpień mocuje się w imadle otworem skierowanym do góry, w otwór wkłada się półfabrykat szpilki, na którego wystający koniec umieszcza się płytkę twarzą w dół i nituje lekkimi uderzeniami młotka, starając się wypełnić wgłębienie. Wszystkie piny są zainstalowane w ten sposób.
Radiator kołkowy można również wykonać, stosując nieco inną metodę instalowania kołków w otworach w płycie bazowej. Wykonuje się stalowy zacisk, którego rysunek dla kołków o średnicy 3 i długości do 45 mm pokazano na ryc. 10.1. Część robocza zacisku powinna być hartowana. Sworzeń wkłada się w otwór w podstawie grzejnika, podstawę umieszcza się na kowadle, na trzpień zakłada się zacisk i uderza młotkiem. Wokół sworznia tworzy się rowek pierścieniowy, a sam sworzeń jest szczelnie osadzony w otworze.
Jeśli konieczne będzie wykonanie dwustronnego grzejnika, wymagane będą dwa takie zaciski: w jeden z nich wkładany jest kołek, instalowany na kowadle otworem skierowanym do góry, podstawa grzejnika jest gwintowana, a drugi zacisk jest umieszczony na górze. Uderzając młotkiem w górny zacisk, sworzeń zostaje unieruchomiony po obu stronach jednocześnie. Metodą tą można wytwarzać grzejniki zarówno ze stopów aluminium, jak i miedzi. Na koniec można zamontować kołki za pomocą lutowania. Aby to zrobić, jako materiału użyj drutu miedzianego lub mosiężnego o średnicy 2-4 mm. Jeden koniec szpilki jest cynowany na długość większą niż grubość płytki o 1-2 mm. Średnica otworów w płycie powinna być taka, aby cynowane kołki pasowały do nich bez większego wysiłku.
Do otworów w podstawie wstrzykuje się płynny topnik (tabela 9.2), wkłada się kołki i każdy z nich lutuje mocną lutownicą. Pod koniec pracy grzejnik myje się acetonem.
Ryż. 10.2. Radiator dla mocnego tranzystora
10.3. Grzejnik z blachy miedzianej Można wykonać o grubości 1-2 mm dla wydajnych tranzystorów, takich jak P210, KT903 i innych w podobnych obudowach. Aby to zrobić, z miedzi wycina się okrąg o średnicy 60 mm, a na środku przedmiotu obrabianego zaznacza się otwory do mocowania tranzystora i jego przewodów. Następnie w kierunku promieniowym okrąg wycina się metalowymi nożyczkami o długości 20 mm, dzieląc go na 12 części po obwodzie. Po zainstalowaniu tranzystora każdy sektor jest obracany o 90° i wyginany do góry.
10.4. Radiator do wydajnych tranzystorów typ KT903, KT908 i inne w podobnych przypadkach mogą być wykonane z blachy aluminiowej o grubości 2 mm (rys. 10.2). Podane wymiary radiatora zapewniają powierzchnię promieniującą wystarczającą do rozproszenia mocy na tranzystorze do 16 W.
Ryż. 10.3. Promiennik tranzystora małej mocy: a-scan; b - widok ogólny
10,5. Radiator do tranzystorów małej mocy mogą być wykonane z blachy z czerwonej miedzi lub mosiądzu o grubości 0,5 mm zgodnie z rysunkami na ryc. 10.3. Po wykonaniu wszystkich nacięć rozwiertak zwija się w rurę za pomocą trzpienia o odpowiedniej średnicy. Następnie przedmiot obrabiany jest ciasno umieszczony na korpusie tranzystora i dociśnięty pierścieniem sprężystym, po uprzednim zgięciu bocznych uszu montażowych. Pierścionek jest wykonany z stalowy drut o średnicy 0,5-1 mm. Zamiast pierścienia można użyć bandaża z drutu miedzianego. Następnie boczne uszy są pochylone, wycięte „pióra” przedmiotu obrabianego są wygięte na zewnątrz pod żądanym kątem - i grzejnik jest gotowy.
10.6. Radiator do tranzystorów serii KT315, KT361 może być wykonany z paska miedzi, aluminium lub cyny o szerokości 2-3 mm niż szerokość obudowy tranzystora (ryc. 10.4). Tranzystor wkleja się do chłodnicy za pomocą żywicy epoksydowej lub innego kleju o dobrej przewodności cieplnej. Aby uzyskać lepszy kontakt termiczny obudowy tranzystora z grzejnikiem, należy usunąć powłokę malarską z obudowy w miejscach styku, a następnie zamontować ją w grzejniku i przykleić z minimalną możliwą szczeliną. Zainstaluj tranzystor z radiatorem na płytce, jak zwykle, tak aby dolne krawędzie grzejnika dotykały płytki. Jeżeli szerokość paska wynosi 7 mm, a wysokość radiatora (wykonanego z blachy ocynowanej o grubości 0,35 mm) wynosi 22 mm, to przy mocy rozpraszania 500 mW temperatura grzejnika w miejscu, w którym tranzystor jest klejony, nie przekracza 55°C.
10,7. Chłodnica wykonana z „kruchego” metalu, na przykład z blachy duraluminium, wykonanej w postaci zestawu płyt (ryc. 10.5). Wykonując uszczelki i płyty grzejnikowe, należy upewnić się, że na krawędziach otworów i na krawędziach płyt nie ma zadziorów. Powierzchnie styku uszczelek i płytek dokładnie przeszlifujemy drobnoziarnistym papierem ściernym, kładąc go na płaskiej szybie. Jeżeli nie ma konieczności izolowania obudowy tranzystora od korpusu urządzenia, grzejnik można zamontować na ścianie korpusu urządzenia lub na przegrodzie wewnętrznej bez uszczelek izolacyjnych, co zapewnia efektywniejsze przekazywanie ciepła.
10.8. Montaż diod typu D226 na grzejniku lub na płycie radiatora. Diody mocowane są za pomocą kołnierza. Końcówkę katodową odgryza się u samej podstawy, a spód dokładnie oczyszcza się drobnoziarnistym papierem ściernym, aż do uzyskania czystej, płaskiej powierzchni. Jeżeli konieczne jest pozostawienie końcówki katodowej, należy wywiercić w radiatorze otwór na końcówkę, usunąć lakier od spodu acetonem i ostrożnie spiłować bok (brzeg) diody równo z dnem, aby zapewnić lepszy kontakt termiczny diod dioda z radiatorem.
10.9. Poprawiony kontakt termiczny pomiędzy tranzystorem a radiatorem zapewni większe rozproszenie mocy na tranzystorze.
Czasami, zwłaszcza przy zastosowaniu grzejników żeliwnych, usunięcie ubytków i innych niedoskonałości powierzchni w miejscu styku termicznego (w celu jego poprawy) może być trudne, a czasami niemożliwe. W takim przypadku pomocna będzie uszczelka ołowiana. Płyta ołowiana jest starannie zwijana lub spłaszczana pomiędzy dwoma gładkimi płaskownikami na grubość około 10,5 mm, a przekładka jest wycinana do wymaganego rozmiaru i kształtu. Obie strony czyści się drobnoziarnistym papierem ściernym, instaluje się pod tranzystorem i całość mocno dociska śrubami. Uszczelka nie powinna być grubsza niż 1 mm, ponieważ przewodność cieplna ołowiu jest niska.
10.10. Czernienie grzejników aluminiowych. Aby zwiększyć efektywność wymiany ciepła przez grzejnik, jego powierzchnia jest zwykle matowa i ciemna. Niedrogi sposób czernienie - obróbka grzejnika w wodnym roztworze chlorku żelaza.
Do przygotowania roztworu wymagana jest równa objętość sproszkowanego chlorku żelaza i wody. Chłodnicę oczyszcza się z kurzu i brudu, dokładnie odtłuszcza benzyną lub acetonem i zanurza w roztworze. Trzymać w roztworze przez 5-10 minut. Kolor grzejnika jest ciemnoszary. Przetwarzanie musi odbywać się w dobrze wentylowanym pomieszczeniu lub na zewnątrz.
CZY WIEDZIAŁEŚ?
10.11.
Reżim termiczny tranzystorów małej mocy można złagodzić, umieszczając torus („kierownicę”) na metalowym korpusie tranzystora - spiralę skręconą z drutu miedzianego, mosiężnego lub brązowego o średnicy 0,5-1,0 mm.
10.12.
Dobry grzejnik może to być metalowy korpus urządzenia lub jego wewnętrzne przegrody.
10.13.
Równość pola stykowego chłodnicy sprawdza się poprzez posmarowanie podstawy tranzystora farbą i nałożenie jej na powierzchnię styku. Wystające obszary kontaktu. Podkładki chłodnicy zostaną pokolorowane.
10.14.
Aby zapewnić dobry kontakt termiczny, powierzchnię tranzystora przylegającą do radiatora można nasmarować nieschnącym smarem, takim jak silikon. Zmniejszy to opór cieplny styku półtora do dwóch razy.
10.15.
Aby poprawić warunki chłodzenia, grzejnik należy ustawić tak, aby nie zakłócał konwekcyjnego przepływu powietrza: żeberka grzejnika są pionowe, a strona, po której znajduje się tranzystor, powinna znajdować się z boku, a nie poniżej lub powyżej.
O ochronie schematy elektryczne z błędnej polaryzacji zasilania za pomocą tranzystora polowego przypomniałem sobie, że od dawna mam nierozwiązany problem automatycznego odłączania akumulatora od ładowarki, gdy ta jest pozbawiona napięcia. I zaciekawiło mnie, czy można zastosować podobne podejście w innym przypadku, gdzie od niepamiętnych czasów dioda służyła także jako element odcinający.
Ten artykuł jest typowym przewodnikiem po budowie roweru, ponieważ... mówi o rozwoju obwodu, którego funkcjonalność od dawna jest wdrażana w milionach gotowych urządzeń. Dlatego też prośba nie traktuje tego materiału jako czegoś całkowicie utylitarnego. Jest to raczej po prostu historia narodzin urządzenia elektronicznego: od rozpoznania potrzeby do działającego prototypu, pokonując wszystkie przeszkody.
Po co to wszystko?
W przypadku zasilania awaryjnego z zasilacza prądu stałego niskiego napięcia najłatwiejszym sposobem włączenia akumulatora kwasowo-ołowiowego jest zastosowanie go jako bufora, równolegle do zasilania sieciowego, tak jak to robiono w samochodach, zanim miały one skomplikowane mózgi. Mimo że akumulator nie pracuje w najbardziej optymalnym trybie, jest zawsze naładowany i nie wymaga żadnego załączenia zasilania w przypadku wyłączenia lub załączenia napięcia sieciowego na wejściu zasilacza. Poniżej omówimy bardziej szczegółowo niektóre problemy takiego włączenia i próbę ich rozwiązania.Tło
Jeszcze 20 lat temu taka kwestia nie była w porządku obrad. Powodem tego było obwody typowego zasilacza sieciowego (lub ładowarki), które zapobiegały rozładowywaniu akumulatora do obwodów wyjściowych po wyłączeniu napięcia sieciowego. Zobaczmy najprostszy schemat blok z prostowaniem półfalowym:Jest rzeczą oczywistą, że ta sama dioda, która prostuje napięcie przemienne uzwojenia sieciowego, zapobiegnie także rozładowaniu akumulatora do uzwojenia wtórnego transformatora w przypadku wyłączenia napięcia sieciowego. Obwód pełnookresowego mostka prostowniczego, choć nieco mniej oczywisty, ma dokładnie te same właściwości. I nawet zastosowanie parametrycznego stabilizatora napięcia ze wzmacniaczem prądowym (takiego jak szeroko rozpowszechniony mikroukład 7812 i jego analogi) nie zmienia sytuacji:
Rzeczywiście, jeśli spojrzysz na uproszczony obwód takiego stabilizatora, staje się jasne, że złącze emiterowe tranzystora wyjściowego pełni rolę tej samej diody odcinającej, która zamyka się po utracie napięcia na wyjściu prostownika i utrzymuje akumulator jest nienaruszony.
Jednak w ostatnich latach wszystko się zmieniło. Zasilacze transformatorowe ze stabilizacją parametryczną zostały zastąpione bardziej kompaktowymi i tańszymi impulsowymi przetwornicami napięcia AC/DC, które charakteryzują się znacznie wyższą sprawnością i stosunkiem mocy do masy. Jednak przy wszystkich zaletach zasilacze te mają jedną wadę: ich obwody wyjściowe mają znacznie bardziej złożoną konstrukcję obwodów, która zwykle nie zapewnia żadnej ochrony przed przepływem prądu z obwodu wtórnego. W rezultacie, przy zastosowaniu takiego źródła w układzie w postaci „BP -> akumulator buforowy -> obciążenie”, po wyłączeniu napięcia sieciowego akumulator zaczyna intensywnie rozładowywać się do obwodów wyjściowych zasilacza.
Najprostszy sposób (dioda)
Najprostszym rozwiązaniem jest zastosowanie diody barierowej Schottky'ego podłączonej do przewodu dodatniego łączącego zasilacz z akumulatorem:
Jednak główne problemy takiego rozwiązania zostały już poruszone we wspomnianym artykule. Dodatkowo takie podejście może być nie do przyjęcia ze względu na fakt, że 12-woltowy akumulator kwasowo-ołowiowy do pracy w trybie buforowym wymaga napięcia co najmniej 13,6 V. A prawie pół wolta spadające na diodę może sprawić, że to napięcie będzie po prostu nieosiągalne w połączeniu z istniejącym zasilaczem (dokładnie mój przypadek).
Wszystko to zmusza nas do poszukiwania alternatywnych sposobów automatycznego przełączania, które powinny posiadać następujące właściwości:
- Niski spadek napięcia w kierunku przewodzenia po włączeniu.
- Zdolność do wytrzymania, bez znacznego nagrzewania, prądu stałego pobieranego z zasilacza przez obciążenie i akumulator buforowy po włączeniu.
- Wysoki spadek napięcia wstecznego i niski pobór mocy na potrzeby własne w stanie wyłączenia.
- Zwykle jest w stanie wyłączonym, więc po podłączeniu naładowanego akumulatora do systemu początkowo odłączonego od zasilania nie zaczyna się on rozładowywać.
- Automatyczne przejście do stanu włączenia po podaniu napięcia sieciowego, niezależnie od obecności i poziomu naładowania akumulatora.
- Najszybsze możliwe automatyczne przejście do stanu wyłączenia w przypadku zaniku zasilania.
Naiwne rozwiązanie (przekaźnik DC)
Analizując wymagania, każdy choć trochę „obeznany” wpadnie na pomysł wykorzystania w tym celu przekaźnika elektromagnetycznego, który jest w stanie fizycznie zamknąć styki za pomocą pole magnetyczne, wytworzony przez prąd sterujący w uzwojeniu. I prawdopodobnie nawet napisze coś takiego na serwetce:
W tym obwodzie normalnie otwarte styki przekaźnika zamykają się tylko wtedy, gdy prąd przepływa przez uzwojenie podłączone do wyjścia zasilacza. Jeśli jednak przejrzysz listę wymagań, okaże się, że obwód ten nie odpowiada punktowi 6. Przecież jeśli styki przekaźnika były raz zwarte, zanik napięcia sieciowego nie doprowadzi do ich rozwarcia z tego powodu, że uzwojenie (a wraz z nim cały obwód wyjściowy zasilacza) pozostaje połączone z akumulatorem tymi samymi stykami! Typowym przypadkiem dodatniego sprzężenia zwrotnego jest sytuacja, gdy obwód sterujący ma bezpośrednie połączenie z obwodem wykonawczym i w efekcie układ nabiera właściwości wyzwalacza bistabilnego.
Zatem takie naiwne podejście nie jest rozwiązaniem problemu. Co więcej, jeśli logicznie przeanalizujemy obecną sytuację, łatwo można dojść do wniosku, że w przedziale „BP -> bateria buforowa” w idealnych warunkach nie może być innego rozwiązania niż zawór przewodzący prąd w jednym kierunku. Rzeczywiście, jeśli nie użyjemy żadnego zewnętrznego sygnału sterującego, to niezależnie od tego, co zrobimy w tym punkcie obwodu, którykolwiek z naszych elementów przełączających, po włączeniu, sprawi, że prąd wytwarzany przez akumulator będzie nie do odróżnienia od prądu wytwarzanego przez akumulator zasilacz.
Rondo (przekaźnik AC)
Po uświadomieniu sobie wszystkich problemów z poprzedniego punktu, osoba „szperająca” zwykle wpada na nowy pomysł wykorzystania samego zasilacza jako jednokierunkowego zaworu przewodzącego. Dlaczego nie? W końcu, jeśli zasilacz nie jest urządzeniem odwracalnym, a napięcie akumulatora dostarczone na jego wyjście nie wytwarza na wejściu napięcia przemiennego 220 woltów (co ma miejsce w 100% przypadków w rzeczywistych obwodach), wówczas różnica ta może być stosowany jako sygnał sterujący dla elementu przełączającego:
Bingo! Wszystkie wymagania są spełnione, a jedyne, co jest do tego potrzebne, to przekaźnik zdolny do zwierania styków po przyłożeniu do niego napięcia sieciowego. Może to być specjalny przekaźnik prądu przemiennego przeznaczony na napięcie sieciowe. Albo zwykły przekaźnik z własnym minizasilaczem (wystarczy tu dowolny beztransformatorowy układ obniżający napięcie z prostym prostownikiem).
Mogliśmy świętować zwycięstwo, ale nie podobała mi się ta decyzja. Po pierwsze, musisz podłączyć coś bezpośrednio do sieci, co nie jest dobre z punktu widzenia bezpieczeństwa. Po drugie, fakt, że przekaźnik ten musi przełączać znaczne prądy, prawdopodobnie do kilkudziesięciu amperów, a to sprawia, że cała konstrukcja nie jest tak banalna i zwarta, jak mogłoby się początkowo wydawać. I po trzecie, co z tak wygodnym tranzystorem polowym?
Rozwiązanie pierwsze (FET + miernik napięcia akumulatora)
Poszukiwanie bardziej eleganckiego rozwiązania problemu doprowadziło mnie do uświadomienia sobie faktu, że akumulator pracujący w trybie buforowym przy napięciu około 13,8 V, bez zewnętrznego „doładowania”, szybko traci swoje pierwotne napięcie nawet przy braku obciążenia . Jeśli zacznie się rozładowywać na zasilaczu, to w pierwszej minucie straci co najmniej 0,1 wolta, co w zupełności wystarczy do niezawodnego ustalenia za pomocą prostego komparatora. Ogólnie pomysł jest taki: bramka komutującego tranzystora polowego jest sterowana przez komparator. Jedno z wejść komparatora jest podłączone do stabilnego źródła napięcia. Drugie wejście jest podłączone do dzielnika napięcia zasilania. Ponadto współczynnik podziału dobiera się tak, aby napięcie na wyjściu dzielnika po włączeniu zasilania było o około 0,1...0,2 V wyższe niż napięcie stabilizowanego źródła. W rezultacie po włączeniu zasilania napięcie z dzielnika zawsze będzie przeważać, natomiast przy odłączeniu sieci, wraz ze spadkiem napięcia akumulatora, będzie ono proporcjonalnie do tego spadku spadać. Po pewnym czasie napięcie na wyjściu dzielnika będzie mniejsze niż napięcie stabilizatora i komparator przerwie obwód za pomocą tranzystora polowego.Przybliżony schemat takiego urządzenia:
Jak widać, bezpośrednie wejście komparatora jest podłączone do źródła stabilnego napięcia. Napięcie tego źródła w zasadzie nie jest ważne, najważniejsze jest to, że mieści się w dopuszczalnych napięciach wejściowych komparatora, ale jest wygodne, gdy wynosi około połowę napięcia akumulatora, czyli około 6 woltów. Wejście odwrotne komparatora jest podłączone do dzielnika napięcia zasilania, a wyjście jest podłączone do bramki tranzystora przełączającego. Kiedy napięcie na wejściu odwrotnym przekracza napięcie na wejściu do przodu, wyjście komparatora łączy bramkę tranzystora polowego z masą, powodując włączenie tranzystora i zamknięcie obwodu. Po odłączeniu zasilania sieci po pewnym czasie spada napięcie akumulatora, wraz z nim spada napięcie na wejściu odwrotnym komparatora, a gdy spadnie ono poniżej poziomu na wejściu bezpośrednim, komparator „wyrywa” bramkę tranzystora z do ziemi i w ten sposób przerywa obwód. Następnie, gdy zasilacz „obudzi się” ponownie, napięcie na wejściu odwrotnym natychmiast wzrośnie do normalnego poziomu i tranzystor ponownie się otworzy.
Do praktycznej realizacji tego obwodu użyłem chipa LM393, który posiadałem. Jest to bardzo tani (mniej niż dziesięć centów w sprzedaży detalicznej), ale jednocześnie ekonomiczny i ma całkiem dobre właściwości, podwójny komparator. Umożliwia zasilanie napięciami do 36 V, ma współczynnik transmisji co najmniej 50 V/mV, a jego wejścia mają dość dużą impedancję. Za tranzystor przełączający przyjęto pierwszy z dostępnych na rynku tranzystorów MOSFET z kanałem P o dużej mocy, FDD6685. Po kilku eksperymentach wyprowadzono następujący praktyczny obwód przełączający:
W nim abstrakcyjne źródło stabilnego napięcia zastąpiono bardzo realnym stabilizatorem parametrycznym składającym się z rezystora R2 i diody Zenera D1, a dzielnik wykonano w oparciu o rezystor dostrajający R1, co pozwala na dostosowanie współczynnika podziału do pożądanego wartość. Ponieważ wejścia komparatora mają bardzo dużą impedancję, wartość rezystancji tłumiącej w stabilizatorze może wynosić ponad sto kOhm, co pozwala zminimalizować prąd upływu, a tym samym całkowity pobór urządzenia. Wartość rezystora dostrajającego nie jest wcale krytyczna i można ją wybierać w zakresie od dziesięciu do kilkuset kOhm bez żadnego wpływu na wydajność obwodu. Ze względu na fakt, że obwód wyjściowy komparatora LM393 jest zbudowany zgodnie z obwodem otwartego kolektora, do jego funkcjonalności wymagany jest również rezystor obciążający R3 o rezystancji kilkuset kOhm.
Regulacja urządzenia sprowadza się do ustawienia suwaka rezystora trymera w takiej pozycji, w której napięcie na nodze 2 mikroukładu jest większe od napięcia na nodze 3 o około 0,1...0,2 V. Aby dokonać konfiguracji, lepiej nie używać multimetru w obwodach o dużej impedancji, ale po prostu ustawiając suwak rezystora w dolną pozycję (zgodnie ze schematem), podłączyć zasilanie (nie podłączamy jeszcze akumulatora), i mierząc napięcie na pinie 1 mikroukładu, przesuń styk rezystora w górę. Gdy tylko napięcie gwałtownie spadnie do zera, wstępne strojenie można uznać za zakończone.
Nie należy dążyć do wyłączania przy minimalnej różnicy napięcia, ponieważ nieuchronnie doprowadzi to do nieprawidłowego działania obwodu. W realnych warunkach wręcz przeciwnie, trzeba świadomie obniżać czułość. Faktem jest, że po włączeniu obciążenia napięcie na wejściu obwodu nieuchronnie spada z powodu nieidealnej stabilizacji w zasilaczu i skończonej rezystancji przewodów łączących. Może to spowodować, że zbyt czułe urządzenie potraktuje taki spadek jako odłączenie zasilania i przerwanie obwodu. Dzięki temu zasilanie zostanie podłączone dopiero wtedy, gdy nie będzie obciążenia, a przez resztę czasu akumulator będzie musiał pracować. To prawda, że gdy akumulator jest lekko rozładowany, wewnętrzna dioda tranzystora polowego otworzy się i prąd z zasilacza zacznie przez nią płynąć do obwodu. Doprowadzi to jednak do przegrzania tranzystora i do tego, że akumulator będzie działał w długotrwałym trybie niedoładowania. Ogólnie rzecz biorąc, ostateczną kalibrację należy przeprowadzić pod rzeczywistym obciążeniem, monitorując napięcie na pinie 1 mikroukładu i ostatecznie pozostawiając niewielki margines niezawodności.
Istotnymi wadami tego schematu są względna złożoność kalibracji i konieczność tolerowania potencjalnych strat energii akumulatora w celu zapewnienia prawidłowego działania.
Ostatnia wada nie dawała mi spokoju i po chwili namysłu wpadłam na pomysł pomiaru nie napięcia akumulatora, a bezpośrednio kierunku prądu w obwodzie.
Drugie rozwiązanie (tranzystor polowy + miernik kierunku prądu)
Aby zmierzyć kierunek prądu, można zastosować sprytny czujnik. Na przykład czujnik Halla, który rejestruje wektor pola magnetycznego wokół przewodnika i pozwala określić nie tylko kierunek, ale także natężenie prądu bez przerywania obwodu. Jednak ze względu na brak takiego czujnika (i doświadczenie z tego typu urządzeniami) zdecydowano się na próbę zmierzenia znaku spadku napięcia na kanale tranzystora polowego. Oczywiście w stanie otwartym rezystancję kanału mierzy się w setnych omach (po to jest cały pomysł), ale mimo to jest ona dość skończona i można spróbować się na niej pobawić. Dodatkowym argumentem przemawiającym za tym rozwiązaniem jest brak konieczności dokonywania precyzyjnych regulacji. Będziemy mierzyć jedynie polaryzację spadku napięcia, a nie jego wartość bezwzględną.Według najbardziej pesymistycznych obliczeń, przy rezystancji otwartego kanału tranzystora FDD6685 wynoszącej około 14 mOhm i czułości różnicowej komparatora LM393 z kolumny „min” wynoszącej 50 V/mV, będziemy mieli pełne wahania napięcia wynoszące 12 woltów na wyjściu komparatora prądem płynącym przez tranzystor nieco ponad 17 mA. Jak widać, wartość jest całkiem realna. W praktyce powinna być ona o około rząd wielkości mniejsza, gdyż typowa czułość naszego komparatora wynosi 200 V/mV, rezystancja kanału tranzystora w warunkach rzeczywistych, biorąc pod uwagę instalację, raczej nie będzie mniejsza niż 25 mOhm, a wahania napięcia sterującego na bramce nie mogą przekraczać trzech woltów.
Abstrakcyjna implementacja wyglądałaby mniej więcej tak:
Tutaj wejścia komparatora są podłączone bezpośrednio do szyny dodatniej po przeciwnych stronach tranzystora polowego. Gdy prąd przez niego przepływa różne kierunki, napięcia na wejściach komparatora nieuchronnie będą się różnić, a znak różnicy będzie odpowiadał kierunkowi prądu, a wielkość będzie odpowiadać jego sile.
Na pierwszy rzut oka obwód okazuje się niezwykle prosty, jednak tutaj pojawia się problem z zasilaniem komparatora. Polega na tym, że nie możemy zasilić mikroukładu bezpośrednio z tych samych obwodów, które ma on mierzyć. Według arkusza danych maksymalne napięcie na wejściach LM393 nie powinno być wyższe niż napięcie zasilania minus dwa wolty. Po przekroczeniu tego progu komparator przestaje zauważać różnicę napięć na wejściu stałym i odwrotnym.
Istnieją dwa potencjalne rozwiązania tego problemu. Pierwsza, oczywista, to zwiększenie napięcia zasilania komparatora. Drugą rzeczą, która przychodzi na myśl, jeśli trochę się zastanowisz, jest równomierne zmniejszenie napięć sterujących za pomocą dwóch dzielników. Oto jak to może wyglądać:
Schemat ten urzeka prostotą i zwięzłością, ale niestety nie jest wykonalny w realnym świecie. Faktem jest, że mamy do czynienia z różnicą napięć pomiędzy wejściami komparatora wynoszącą zaledwie kilka miliwoltów. Jednocześnie rozrzut rezystancji rezystorów nawet w najwyższej klasie dokładności wynosi 0,1%. Przy minimalnym dopuszczalnym współczynniku podziału wynoszącym 2 do 8 i rozsądnej impedancji dzielnika wynoszącej 10 kOhm błąd pomiaru osiągnie 3 mV, czyli kilkakrotnie więcej niż spadek napięcia na tranzystorze przy prądzie 17 mA. Z tego samego powodu eliminuje się użycie „tunera” w jednym z dzielników, ponieważ nie jest możliwe dobranie jego rezystancji z dokładnością większą niż 0,01% nawet przy zastosowaniu precyzyjnego rezystora wieloobrotowego (plus nie zapomnij dryf czasu i temperatury). Ponadto, jak już napisano powyżej, teoretycznie obwód ten w ogóle nie powinien wymagać kalibracji ze względu na jego niemal „cyfrowy” charakter.
Z tego co powiedziano, w praktyce jedyną opcją pozostaje zwiększenie napięcia zasilania. W zasadzie nie jest to taki problem, biorąc pod uwagę, że istnieje ogromna liczba wyspecjalizowanych mikroukładów, które pozwalają zbudować przetwornik podwyższający wymagane napięcie przy użyciu zaledwie kilku części. Ale wtedy złożoność urządzenia i jego zużycie prawie się podwoją, czego chciałbym uniknąć.
Istnieje kilka sposobów zbudowania przetwornicy podwyższającej małej mocy. Na przykład większość zintegrowanych konwerterów wykorzystuje napięcie samoindukcyjne małej cewki połączonej szeregowo z przełącznikiem „zasilania” umieszczonym bezpośrednio na chipie. Takie podejście jest uzasadnione stosunkowo mocną konwersją, na przykład do zasilania diody LED prądem kilkudziesięciu miliamperów. W naszym przypadku jest to wyraźnie zbędne, ponieważ wystarczy zapewnić prąd o wartości około jednego miliampera. Dużo bardziej odpowiedni będzie dla nas obwód podwajający napięcie prądu stałego wykorzystujący przełącznik sterujący, dwa kondensatory i dwie diody. Zasadę jego działania można zrozumieć ze schematu:
W pierwszej chwili, gdy tranzystor jest wyłączony, nie dzieje się nic ciekawego. Prąd z szyny zasilającej przepływa przez diody D1 i D2 na wyjście, w wyniku czego napięcie na kondensatorze C2 jest nawet nieco niższe niż napięcie podawane na wejście. Jeśli jednak tranzystor się otworzy, kondensator C1 poprzez diodę D1 i tranzystor naładuje się prawie do napięcia zasilania (minus bezpośredni spadek na D1 i tranzystorze). Teraz, jeśli ponownie zamkniemy tranzystor, okaże się, że naładowany kondensator C1 jest połączony szeregowo z rezystorem R1 i źródłem zasilania. W rezultacie jego napięcie zsumuje się z napięciem źródła zasilania i po pewnych stratach na rezystorze R1 i diodzie D2 naładuje C2 do prawie dwukrotnego Uin. Następnie cały cykl można rozpocząć od nowa. W rezultacie, jeśli tranzystor przełącza się regularnie, a pobór energii z C2 nie jest zbyt duży, z 12 woltów otrzymasz około 20 kosztem tylko pięciu części (nie licząc klucza), wśród których nie ma ani jednego uzwojenia lub element wymiarowy.
Aby zaimplementować taki podwajacz, oprócz wymienionych już elementów, potrzebujemy generatora oscylacji i samego klucza. Może się wydawać, że to dużo szczegółów, ale w rzeczywistości tak nie jest, ponieważ mamy już prawie wszystko, czego potrzebujemy. Mam nadzieję, że nie zapomniałeś, że LM393 zawiera dwa komparatory? A co z tego, że do tej pory korzystaliśmy tylko z jednego z nich? Przecież komparator to też wzmacniacz, a to oznacza, że jeśli ogarniesz go plusem informacja zwrotna Przez prąd przemienny, zamieni się w generator. Jednocześnie jego tranzystor wyjściowy będzie regularnie otwierał się i zamykał, doskonale spełniając rolę klucza podwajającego. Oto, co otrzymamy, gdy spróbujemy wdrożyć nasz plan:
W pierwszej chwili pomysł zasilania generatora napięciem, które faktycznie wytwarza podczas pracy, może wydawać się dość szalony. Jeśli jednak przyjrzysz się bliżej, zobaczysz, że generator początkowo pobiera energię przez diody D1 i D2, co wystarczy, aby wystartował. Po wytworzeniu podwajacz zaczyna działać, a napięcie zasilania płynnie wzrasta do około 20 woltów. Proces ten trwa nie dłużej niż sekundę, po czym generator, a wraz z nim pierwszy komparator, otrzymują moc znacznie przekraczającą napięcie robocze obwodu. Daje nam to możliwość bezpośredniego pomiaru różnicy napięć u źródła i drenu tranzystora polowego i osiągnięcia naszego celu.
Oto końcowy schemat naszego przełącznika:
Nie ma już co wyjaśniać, wszystko zostało opisane powyżej. Jak widać urządzenie nie zawiera ani jednego elementu regulacyjnego i prawidłowo zmontowane zaczyna działać natychmiast. Oprócz znanych już elementów aktywnych dodano tylko dwie diody, do których można zastosować dowolne diody małej mocy o maksymalnym napięciu wstecznym co najmniej 25 woltów i maksymalnym prądzie przewodzenia 10 mA (na przykład szeroko używany 1N4148, który można wylutować ze starej płyty głównej).
Obwód ten został przetestowany na płytce stykowej i okazał się w pełni funkcjonalny. Uzyskane parametry w pełni odpowiadają oczekiwaniom: natychmiastowe załączanie w obu kierunkach, brak niewłaściwej reakcji przy podłączeniu obciążenia, pobór prądu z akumulatora wynosi zaledwie 2,1 mA.
W zestawie znajduje się również jedna z opcji układu płytki drukowanej. 300 dpi, widok z boku części (dlatego należy drukować w odbiciu lustrzanym). Tranzystor polowy jest montowany po stronie przewodu.
Urządzenie zmontowane, całkowicie gotowe do montażu:
Podłączyłem go w staromodny sposób, więc okazało się, że jest trochę krzywy, ale mimo to urządzenie regularnie wykonuje swoje funkcje przez kilka dni w obwodzie o prądzie do 15 amperów bez żadnych oznak przegrzania.
O GRZEJNIKACH
Radiator (radiator) wzmacniacza mocy odgrywa ważną rolę w jego charakterystyce operacyjnej, określając przede wszystkim niezawodność wzmacniacza i z reguły mającą swoją własną charakterystykę. Najważniejsze z nich to para:
-opór cieplny
- obszar chłodzenia.
Bez wchodzenia w głęboką fizykę, opór cieplny grzejnika to szybkość, z jaką punkt ogrzewania przekazuje ciepło do powierzchni chłodzących – żeber. Parametr ten jest brany pod uwagę dość rzadko, dlatego domowe wzmacniacze często zawodzą. Rysunek 18 przedstawia schematycznie procesy nagrzewania radiatora z kołnierza tranzystora mocy.
Rysunek 18 Rozkład ciepła wewnątrz podstawy nośnej radiatora.
Gdy grubość podstawy nośnej wynosi 3 mm, ciepło z kołnierza szybko dociera do tylnej strony i następnie rozprzestrzenia się raczej powoli, ponieważ grubość materiału jest zbyt mała. W rezultacie dochodzi do znacznego lokalnego nagrzania, a płaszczyzny chłodzące (żebra) pozostają zimne. Przy podstawie nośnej o grubości 8 mm ciepło z kołnierza dociera do tylnej części grzejnika znacznie wolniej, ponieważ konieczne jest nagrzanie odcinków grzejnika w płaszczyźnie poziomej. W ten sposób ogrzewanie odbywa się bardziej równomiernie, a płaszczyzny chłodzące zaczynają się nagrzewać bardziej równomiernie.
Moglibyśmy oczywiście wykopać kilka wzorów i opublikować je tutaj, ale jest to zbyt „ciężka” matematyka, więc skupimy się tylko na przybliżonych wynikach obliczeń.
Grubość podstawy nośnej dla wzmacniaczy AB powinna wynosić 1 mm na każde 10 W moc wyjściowa wzmacniacza, ale nie mniejsza niż 2 mm. Dla mocy powyżej 100 W grubość podstawy nośnej musi wynosić co najmniej 9 mm + 1 mm na każde 50 W przekraczające 100 W. W przypadku wzmacniaczy mocy z zasilaniem wielopoziomowym (G i H) grubość podstawy nośnej należy obliczyć w podobny sposób, przy czym za moc początkową należy przyjąć moc wzmacniacza podzieloną przez liczbę poziomów mocy.
|
MOC |
GRUBOŚĆ |
JAK OBLICZONO |
|
|
KLASA |
MINIMUM | ||
| 40 W / 10 = 4 mm | |||
| 40 W / 10 = 6 mm | |||
| 150 W - 100 W = 50 W przekraczające limit 100 W, zatem 9 mm + 1 mm = 10 mm | |||
| 300 W - 100 W = 200 W przekraczające limit 100 W, zatem 9 mm + (200 / 50) = 9 mm + 4 mm = 13 mm | |||
| 600 W - 100 W = 500 W przekraczające limit 100 W, zatem 9 mm + (500 / 50) = 9 mm + 10 mm = 19 mm | |||
| 900 W - 100 W = 800 W przekraczające limit 100 W, zatem 9 mm + (800 / 50) = 9 mm + 16 mm = 25 mm | |||
|
KLASA |
500 / 2 = 250 W - maksymalna moc uwalniana o jeden poziom, 250 - 100 = 150 - różnica między podstawą 100 W, 150 / 50 = 3 - dodatkowa grubość podstawy 9 mm, 9 +3 = 12 mm grubość podstawa nośna grzejnika. | ||
| 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 | |||
Skokowy charakter obliczeń dla mocy powyżej 100 W wynika z faktu, że takie wzmacniacze wykorzystują już kilka równolegle połączonych tranzystorów, które równomiernie odprowadzają ciepło w różnych miejscach podstawy nośnej grzejnika. Dla klas G i H moc dzieli się przez 2, ponieważ to właśnie pod wpływem zmieniającego się napięcia zasilania (włączenie drugiego poziomu) następuje zmniejszenie uwalnianej mocy, która ulega rozproszeniu dopiero, gdy poziom sygnału osiągnie określoną wartość.
Powierzchnię chłodzenia oblicza się czysto matematycznie, mierząc główne wymiary grzejnika - rysunek 19
Rysunek 20 Obliczanie powierzchni chłodzenia radiatora
W tej formule:
a - grubość podstawy nośnej podwaja się, ponieważ ma ona obustronny kontakt z czynnikiem chłodzącym (w tym przypadku powietrzem);
b i d - zasadniczo wysokość żebra, stosowane są obie strony, ponieważ obie mają kontakt z czynnikiem chłodzącym;
c - Szerokość wierzchołka żebra można pominąć;
d to odległość między żeberkami chłodnicy;
e - długość tylnej strony grzejnika;
n to liczba żeberek na chłodnicy;
h to wysokość grzejnika.
Można też policzyć występy mocujące i dodatkowe odpływy, ale z reguły ich powierzchnia jest znikoma w stosunku do głównego, więc można ją pominąć. Ta formuła nie uwzględnia również powierzchni końców żeber.
|
MOC |
OBSZAR GRZEJNIKA AT |
OBSZAR GRZEJNIKA AT |
|
| KLASA AB | |||
| KLASA G | |||
| KLASA H | |||
Nie należy bać się ogromnych powierzchni chłodzących, ponieważ blacha aluminiowa o wymiarach 10 x 10 cm i grubości 0,5 cm ma całkowitą powierzchnię chłodzącą 10 x 10 = 100 cm2 z dwóch stron, a zatem 100 x 2 = 200 m2 cm, plus 4 boki końcowe o powierzchni 0,5 x 10 = 5 dodaje kolejne 20 cm2 i w rezultacie otrzymujemy 200 + 20 = 220 cm, a grzejnik pokazany na rysunku 27 (wymiary 17 x 5,5 x 11,5 cm) ma powierzchnia chłodząca 3900 cm2, więc dodatkowo w obliczeniach uwzględniono nagrzewanie radiatora do 80 stopni podczas grania najtwardszych kompozycji.
Na pytanie należy odpowiedzieć od razu DLACZEGO NA ZAJĘCIA G I H POWIERZCHNIA GRZEJNIKÓW JEST PRAWIE DWA RAZY MNIEJSZA I DLACZEGO WŁĄCZONA G MNIEJ NIŻ H?
Aby uzyskać bardziej zrozumiałą odpowiedź, warto wrócić do serii rysunków 7-13 i przeczytać ją jeszcze raz - moc maksymalna jest rozpraszana tylko w momentach, w których sygnał wyjściowy przekracza wartość amplitudy równą połowie napięcia zasilania, w przeciwnym momentach albo wzrasta, albo maleje. Przy zasilaniu z dwóch poziomów moc rozproszona wzrasta, aż osiągnie połowę mocy zasilania pierwszego „piętra”, po czym maleje i po osiągnięciu wartości prawie równej mocy zasilania pierwszego „piętra” ponownie zaczyna rosnąć do maksymalnie, ponieważ druga podłoga mocy (klasa H) jest włączana stopniowo i jest 2 razy większa niż pierwsza „piętro”. Jednak po włączeniu drugiego „piętra” moc maleje wraz ze wzrostem sygnału wyjściowego. W rezultacie w jednym półcyklu sygnału sinusoidalnego końcowe tranzystory dwukrotnie rozproszą maksymalną moc, ale przekroczy ona wartość w porównaniu do klasy AB tylko o kilka procent. W przypadku klasy G procesy nagrzewania różnią się nieco od H, ponieważ podłączenie drugiej „piętra” mocy nie następuje stopniowo, ale płynnie, a rozproszona moc tranzystorów końcowych jest rozłożona, choć nie równomiernie - trzecia „ podłoga” ma większe obciążenie niż pierwsza. Dopóki amplituda sygnału wyjściowego nie osiągnie wartości włączenia drugiego piętra, tranzystory końcowe działają w trybie normalnym, a po włączeniu drugiego piętra rozpraszają moc, ale nie znacząco, ponieważ z reguły oczekiwana różnica między pierwszym a drugim piętrem wynosi 15-18 V. po włączeniu tranzystorów drugiego piętra najwyższa moc To one rozpraszają i dzieje się to w momencie ich włączenia, a wraz ze wzrostem amplitudy sygnału wyjściowego moc rozpraszana maleje. Innymi słowy, powierzchnia chłodzenia wzmacniaczy G jest mniejsza niż H właśnie ze względu na fakt, że wydzielanie ciepła następuje w różnych miejscach grzejnika - podczas pracy pierwszego piętra niektóre tranzystory nagrzewają się, gdy tylko drugie piętro włącza się, zaczynają się ochładzać, a inne tranzystory umieszczone w innym miejscu grzejnika nagrzewają się.
Jeśli nie ma grzejnika z odpowiednią powierzchnią chłodzenia, można zastosować chłodzenie wymuszone, instalując na grzejnikach wentylatory ze sprzętu komputerowego (Rysunek 21).
Rysunek 21 Wygląd fani komputerów
Kupując wentylatory należy zwrócić uwagę na napisy na ich naklejkach. Oprócz producenta, wentylatory wskazują napięcie i pobór prądu, który decyduje o wydajności wentylatora. Na rysunku 22 po lewej stronie widać cichy, wolnoobrotowy silnik (prąd 0,08 A), który jest prawie niesłyszalny, ale wytwarza również dość słaby przepływ chłodzący, a po prawej brzęcząca dmuchawa (pobór prądu 0,3 A) . Do wzmacniaczy mocy zaleca się stosowanie wentylatorów o dużej wydajności, ponieważ wydajność zawsze można zmniejszyć poprzez zmniejszenie prędkości obrotowej (zmniejszenie napięcia zasilania), ale nie zawsze można ją zwiększyć, a dokładniej bardzo rzadko. Istnieje kilka opcji sterowania wentylatorem.
Rysunek 22 Po lewej stronie cichy dźwięk o niskiej wydajności, po prawej buczenie o wysokiej wydajności.
Wybierając wentylator, oprócz wydajności, należy zdecydować się na wymiary, ponieważ na rynku jest już całkiem sporo rozmiarów, a MTBF jest inny dla każdego, ponieważ niektórzy producenci stosują łożyska ślizgowe (wał wirnika obraca się w tuleje z brązu proszkowego), a niektórzy stosują łożyska kulkowe, które oczywiście pracują znacznie dłużej i są mniej podatne na zatykanie się kurzem.
Opcji przepływu powietrza może być kilka, przyjrzyjmy się na przykład dwóm najpopularniejszym.
Pierwsza opcja, która jest zasadniczo szeroko stosowana w technologii komputerowej, polega na tym, że wentylator jest montowany z boku żeberek, a przepływ powietrza jest kierowany bezpośrednio pomiędzy żeberkami chłodzącymi (Rysunek 23).
Rysunek 23 Instalowanie wentylatora po stronie żeberka chłodnicy
Mniej popularną wśród sprzętu komputerowego, ale dość popularną wśród urządzeń przemysłowych jest metoda rurowa. W tym wariancie dwa grzejniki są obrócone lamelami do siebie, a przepływ powietrza pomiędzy lamelami kieruje wentylator umieszczony na końcu grzejników (Rysunek 24).
Rysunek 24 Montaż tunelu aerodynamicznego z dwóch identycznych grzejników.
Ta opcja jest nieco preferowana w przypadku sprzętu audio, ponieważ jeden wentylator może „przedmuchać” dość długi grzejnik, gdy tranzystory znajdują się na jednym grzejniku Struktury n-p-n, a z drugiej - p-n-p, można obejść się bez uszczelek izolujących elektrycznie, co zmniejszy opór cieplny pomiędzy korpusem tranzystora a grzejnikiem. Oczywiście grzejniki trzeba będzie odizolować od obudowy i ta metoda jest akceptowalna w przypadku wzmacniaczy, które wykorzystują wtórniki emiterowe jako stopień wyjściowy (LANZAR, HOLTON)
Swoją drogą, radiatory procesorów stosowane w komputerach są przeznaczone do wymuszonego chłodzenia i pomimo tego, że mają dość duże powierzchnie chłodzące, nie zaleca się stosowania ich bez wentylatorów. Faktem jest, że odległość pomiędzy żeberkami chłodnicy jest BARDZO mała i naturalna cyrkulacja powietrza jest utrudniona, przez co przenikanie ciepła spada prawie 2,5...3 razy. Wykorzystując wentylator o poborze prądu 0,13A, jeden radiator procesora P-IV jest w stanie poradzić sobie z ciepłem pochodzącym z zainstalowanych na nim dwóch wzmacniaczy STONECOLD o mocy wyjściowej 140 W każdy.
Podsumowując wszystko powyższe, możemy wyciągnąć następujące wnioski:
- przy wyborze grzejnika należy zwrócić uwagę nie tylko na powierzchnię chłodzenia, ale także na grubość podstawy nośnej;
- wzmacniacze mocy z dwupoziomowym zasilaniem nagrzewają się prawie 2 razy mniej niż wzmacniacze w klasie AB przy tej samej mocy wyjściowej;
-jeśli powierzchnia chłodzenia jest niewystarczająca, dobrym rozwiązaniem jest zastosowanie wymuszonego chłodzenia (wentylatorów) z regulowaną wydajnością.
O TRANZYSTORACH NA GRZEJNIKACH
Nawet jeśli tranzystory zostaną wybrane prawidłowo i powierzchnia grzejnika zostanie poprawnie obliczona, pozostaje jeszcze jeden problem - prawidłowe zainstalowanie tranzystorów na grzejniku.
Przede wszystkim należy zwrócić uwagę na powierzchnię grzejnika, na której zamontowane są tranzystory lub mikroukłady - nie powinno być tam żadnych dodatkowych otworów, powierzchnia powinna być gładka i niepokryta farbą. Jeżeli powierzchnia grzejnika pokryta jest farbą, należy ją usunąć papier ścierny, a w miarę usuwania farby ziarnistość papieru powinna się zmniejszać i gdy nie ma już śladów farby, należy powierzchnię przez pewien czas przeszlifować drobnym papierem ściernym.
Całkiem wygodne jest użycie specjalnych przystawek do maszyny tnącej (szlifierki) jako uchwytu papieru ściernego lub użycie szlifierki. Możliwe opcje dysze pokazane są na zdjęciach.
Rysunek 25 Tarcza ta doskonale nadaje się do usuwania starej farby i wyrównywania powierzchni
chłodnica w miejscach usunięcia „niepotrzebnych żeberek”, „zgrubne” szlifowanie.
Podczas obróbki grzejnika Koniecznie zabezpieczyć w imadle o odpowiednim rozmiarze.
Rysunek 26 Przystawka ta nadaje się do szlifowania „wykańczającego”, jednak niewskazane jest używanie przecinarki – aluminium „wbija się” w papier ścierny i bardzo trudno jest utrzymać maszynę w dłoniach – można się zranić. Sam kształt dyszy dość dobrze leży w dłoni, a ręczne szlifowanie nie sprawia żadnych niedogodności, a jeśli wkręcisz śrubę w dyszę i owiniesz ją taśmą izolacyjną, praca będzie przyjemnością.
W przypadku konieczności usunięcia tylko części żeberek chłodnicy, do podstawy nośnej wykonuje się tarczę odcinającą, następnie wykonuje się nacięcia na żebrach u podstawy za pomocą tarczy tnącej o małej średnicy i „naddatkowe” fragmenty odłamuje się wyłączony. Następnie mocując chłodnicę w imadle, za pomocą dużego pilnika lub tarczy szlifierskiej (różni się od tarczy tnącej znacznie grubszą), zrównaj miejsca załamań żeber z powierzchnią podstawy nośnej. Następnie przygotowuje się narzędzie szlifierskie. Aby to zrobić, stosuje się drewnianą belkę o płaskiej powierzchni. Szerokość belki powinna być nieco mniejsza niż szerokość usuniętych żeber, a wysokość powinna być około 2 razy większa od wysokości usuniętych żeber - dzięki temu wygodniej będzie trzymać się w dłoni). Następnie przykleja się paski gumy do obu „roboczych” stron belki (gumkę można kupić w aptece lub kawałek dętki w kabinach wulkanizacyjnych). Gumy nie należy rozciągać, zastosowany klej jest przeznaczony do gumy lub ma bazę poliuretanową. Następnie na jedną stronę belki przykleja się gruboziarnisty papier ścierny w celu zgrubnego szlifowania, a drobnoziarnisty papier ścierny do „wykończenia” na drugą. Tworzy to dwustronne urządzenie szlifierskie, które pozwala szybko i bez większego wysiłku przeszlifować powierzchnię grzejnika. Jeśli użyjesz papieru ściernego na bazie papieru sprzedawanego w salonach samochodowych, będziesz potrzebować go nieco więcej - szlifuje się go intensywniej niż ten sprzedawany w sklepach z narzędziami (na drabince), jednak sklepy samochodowe mają znacznie większy wybór wielkości ziaren – od dość grubych po rozdrobnienie „zero”.
Rysunek 27 Grzejnik ze „starożytnej” centrali telefonicznej przygotowany do montażu dwóch wzmacniaczy UM7293
Długość grzejnika wynosi 170 mm, powierzchnia chłodzenia 4650 cm2 - obliczona wartość dla całkowitej mocy 150 W (2 x 75) wynosi 3900 cm2.
Dość często konieczne jest przymocowanie tranzystorów do grzejników za pomocą uszczelek izolacyjnych. Cięcie miki nie stanowi problemu, jednak w przypadku izolowanych elementów złącznych często pojawiają się nieporozumienia. Obudowy tranzystorów TO-126, TO-247, TO-3PBL (TO-264) są konstrukcyjnie zaprojektowane w taki sposób, że nie jest konieczne izolowane mocowanie - wewnątrz obudowy, w otworze montażowym, nie będzie styku elektrycznego z kołnierzem zdarzać się. Ale obudowy TO-220, TO-204AA nie mogą obejść się bez izolowanych elementów złącznych.
Możesz wyjść z tej sytuacji, wykonując samodzielnie takie elementy złączne, używając zwykłych śrub i podkładek (Rysunek 28-a). Nici są nawinięte wokół śruby w pobliżu łba (najlepiej bawełniane, ale znalezienie ich dzisiaj jest dość trudne). Długość uzwojenia nie powinna przekraczać 3,5 mm, wzrost średnicy nie powinien być większy niż 3,7 mm (rysunek 28-b). Następnie nici impregnuje się SUPERGLUE, najlepiej SECOND lub SUPERMOMENT. Nici należy dokładnie zwilżyć, aby klej nie dostał się na sąsiednią nić.
Podczas wysychania kleju konieczne jest wykonanie „przewodnika” - urządzenia, które pozwoli znormalizować wysokość wkładki izolacyjnej znajdującej się wewnątrz kołnierza tranzystora. Aby to zrobić, konieczne jest wywiercenie otworu w części z tworzywa sztucznego, aluminium lub tekstolitu (grubość przedmiotu obrabianego wynosi co najmniej 3 mm, maksimum nie jest ważne, ale nie ma sensu brać więcej niż 5 mm), najlepiej na wiertarce (tak, aby kąt względem płaszczyzny przedmiotu obrabianego wynosił dokładnie 90°, co nie jest obojętne), o średnicy 2,5 mm. Następnie wierci się wgłębienie o średnicy 4,2 mm na głębokość 1,2...1,3 mm, wskazane jest wiercenie wgłębień ręcznie, aby nie przesadzić z głębokością. Następnie w otworze o średnicy 2,5 mm wycina się gwint M3 (Rysunek 28-c).
Rysunek 28
Następnie na śrubę nakłada się podkładkę i wkręca ją w „przyrząd” do momentu, aż sklejone gwinty zatrzymają się we wgłębieniu, podkładkę umieszcza się na płaszczyźnie obrabianego przedmiotu i główką nakłada SUPER GLUE na punkty styku pomiędzy śrubami śrubę i podkładkę na całym obwodzie styku (ryc. 29-a). Po wyschnięciu kleju na powstały rowek nawija się gwinty, okresowo zwilżane SUPERGLUE, aż gwinty zrównają się ze średnicą łba śruby. Idealnie, gwint w pobliżu podkładki powinien być nieco większy, tj. uzyskana plastikowa wkładka będzie miała kształt ściętego stożka (Rysunek 29-b). Gdy tylko klej wyschnie, a będzie to wymagało około 10 minut (klej schnie wolniej wewnątrz uzwojenia), możesz odkręcić śrubę (Rysunek 29-c) i zainstalować tranzystor na grzejniku (Rysunek 30), nie zapominając do pokrycia kołnierza tranzystora i miejsca montażu na grzejniku pastą termoprzewodzącą, na przykład KPT-8. Nawiasem mówiąc, kilka witryn do podkręcania procesorów IBM przeprowadziło testy przewodności cieplnej różnych past termoprzewodzących - KPT-8 konsekwentnie pojawia się wszędzie na drugim miejscu i biorąc pod uwagę fakt, że kosztuje kilka razy mniej niż zwycięzcy, okazuje się być liderem w relacji ceny do jakości.
Rysunek 29
Rysunek 30 Mocowanie tranzystora TO-220 za pomocą domowej roboty śruby izolacyjnej.
Obudowy tranzystorów TIA TO-247 można zamontować na grzejniku wykorzystując dostępne w nich otwory, a łączniki izolacyjne nie są potrzebne, jednak przy montażu wzmacniaczy dużej mocy wiercenie i gwintowanie w grubej podstawie nośnej jest dość uciążliwe - przy czterech parach końcówek trzeba przygotować 8 otworów i to dopiero wzmacniacz 400-500 watów. Co więcej, silumin, duraluminium, a tym bardziej aluminium, nawet podczas wiercenia, przylegają do krawędzi skrawającej, co prowadzi do złamania wiertła, ale lepiej nie wspominać, ile gwintowników pęka podczas nacinania gwintów.
Dlatego czasami łatwiej jest zastosować dodatkowe listwy, które wcisną WSZYSTKIE tranzystory o tej samej konstrukcji na raz, a jako łączniki zastosować grubsze śruby, a będzie ich znacznie mniej.Jedną z opcji mocowania pokazano na rysunku 31. widać na zdjęciu, 6 tranzystorów wciśniętych jest tylko trzema śrubami i siła znacznie większa, gdyby każdy z nich był wciśnięty własną śrubą. W przypadku naprawy (nie daj Boże) odkręcenie będzie dużo łatwiejsze.
Rysunek 31 Mocowanie tranzystorów do grzejnika za pomocą listwy.
Znaczenie siły docisku jest takie, że przy dokręcaniu wkrętu samogwintującego do metalu (służącego do mocowania blachy, sprzedawanego we wszystkich sklepach z narzędziami, lepiej natychmiast zdjąć gumę z podkładki - i tak pęknie), pasek opiera się jednostronnie o śrubę M3 z podkładkami wykonanymi ze śrub M4. Całkowita wysokość tej konstrukcji okazuje się nieco większa od grubości obudowy tranzystora, dosłownie o 0,3...0,8 mm, co prowadzi do lekkiego przekrzywienia pręta i drugą krawędzią dociska tranzystor do środka obudowy.
Dlatego przy wyborze listwy należy obliczyć jej szerokość na podstawie:
- od krawędzi do środka otworu śrubą M3 3-4 mm
- od środka otworu za pomocą śruby M3 do środka otworu za pomocą wkrętu samogwintującego 6-7 mm
- od środka otworu na śrubę do krawędzi tranzystora 1-2 mm
- od krawędzi tranzystora do środka jego korpusu ±2 mm.
Szerokość paska w mm nie jest celowo wskazana, ponieważ tranzystory można w ten sposób zamontować w prawie każdej obudowie.
Drążek może być wykonany z włókna szklanego, którego paski zwykle leżą wśród radioamatorów. Przy grubości tekstolitu 1,5 mm, w celu mocowania obudów TO-220, tekstolit należy złożyć na trzy, przy mocowaniu obudów TO-247 - na cztery, przy mocowaniu obudów TO-3PBL - na pięć. Tekstolit oczyszcza się z folii, jeśli jest powlekany folią, mechanicznie lub poprzez trawienie. Następnie szlifuje się go najgrubszym papierem ściernym i skleja klejem epoksydowym, najlepiej wyprodukowanym w Dzierżyńsku. Po przeszlifowaniu płaszczyzn i posmarowaniu klejem paski składa się i umieszcza pod prasą lub zaciska w imadle, mając na uwadze, że nadmiar kleju jeszcze gdzieś kapnie, wówczas lepsze miejsce Aby zabezpieczyć się przed ewentualnymi upadkami, należy włożyć do środka plastikową torebkę, którą można następnie wyrzucić.
Klej musi polimeryzować przynajmniej przez jedną dobę w temperaturze pokojowej, nie warto przyspieszać polimeryzacji zwiększając wiertło – klej staje się kruchy, a podgrzanie wręcz przeciwnie, skraca czas utwardzania kleju nie zmieniając właściwości fizycznych kleju klej. Jeśli nie masz szafki do suszenia, możesz ogrzać ją zwykłą suszarką do włosów.
Wskazane jest dodatkowe usztywnienie deski z jednej strony poprzez złożenie w pionie dodatkowych pasków tekstolitu na dwie części.
Po wyschnięciu kleju epoksydowego w miejscu mechanicznego styku paska z korpusem tranzystora należy przykleić pasek papieru poziomego złożony na trzy lub cztery (szerokość powstałego paska wynosi 5-8 mm w zależności od na korpusie tranzystora), po uprzednim pokryciu całego przedmiotu klejem poliuretanowym (TOP-TOP, MOMENT-CRYSTAL). Ta warstwa papieru zapewni elastyczność niezbędną do równomiernego dociśnięcia bez zmniejszania siły dociskania obudowy do chłodnicy (Rysunek 32).
Jako materiał na listwę zaciskową można zastosować nie tylko włókno szklane, ale także narożnik lub profil duraluminiowy lub inny wystarczająco mocny materiał.
Rysunek 32
Mała rada technologiczna - mimo że wkręty samogwintujące mają kształt wiertła i przy mocowaniu blachy nie wymagają wiercenia przy wierceniu grzejnika, w miejscach wkręcania wkrętu lepiej jest do wiercenia otworów o średnicy 3 mm, ponieważ grubość aluminium jest znacznie większa niż materiał, dla którego te wkręty są przeznaczone, a aluminium dość mocno trzyma się krawędzi tnącej (przy próbie wkręcenia można po prostu przekręcić łeb wkręt samogwintujący do aluminium lub siluminu bez wiercenia).
Zastosowanie listew montażowych można zastosować także przy montażu na radiatorze tranzystorów „różnego kalibru” stosując niewielkie pogrubienia paska w miejscach styku z cieńszymi obudowami, a biorąc pod uwagę fakt, że tranzystory są cieńsze i z reguły mniej się nagrzewają, Brak grubości można zrekompensować układając je w kilku warstwach dwustronnej taśmy piankowej.
Nierozwiązana pozostaje jeszcze jedna kwestia - moc zasilacza, ale o tym
Teraz mamy nadzieję, że domowe wzmacniacze mocy będą umierać znacznie rzadziej....
Stronę przygotowano w oparciu o materiały z OGROMNEJ liczby serwisów o ciepłownictwie, inżynierii dźwięku, stron o podkręcaniu procesorów komputerowych i sposobach chłodzenia, poprzez pomiary i porównania fabrycznych wersji wzmacniaczy mocy, wiadomości i korespondencję od odwiedzających LUTOWNICĘ i Wykorzystano fora ALITTLE AUDIO EQUIPMENT.
= ([Temperatura w gorącym miejscu, grC] - [Temperatura w punkcie zimnym, grC]) / [Rozpraszanie mocy, W]
Oznacza to, że jeśli moc cieplna X W pochodzi z punktu gorącego do punktu zimnego, a opór cieplny wynosi Y grC / W, to różnica temperatur będzie wynosić X * Y grC.
Wzór do obliczania chłodzenia elementu mocy
W przypadku obliczania odprowadzania ciepła przez elektroniczny element mocy, to samo można sformułować w następujący sposób:
[Temperatura kryształu elementu mocy, grC] = [Temperatura otoczenia, grC] + [Rozpraszanie mocy, W] *
Gdzie [ Całkowity opór cieplny, grC/W] = + [Opór cieplny pomiędzy obudową a chłodnicą, grC/W] + (dla obudowy z radiatorem),
Lub [ Całkowity opór cieplny, grC/W] = [Opór cieplny pomiędzy kryształem a obudową, grC/W] + [Opór cieplny pomiędzy obudową a otoczeniem, grC/W] (dla obudowy bez radiatora).
W wyniku obliczeń musimy uzyskać taką temperaturę kryształu, aby była niższa od maksymalnej dopuszczalnej określonej w podręczniku.
Gdzie mogę uzyskać dane do obliczeń?
Opór cieplny pomiędzy matrycą a obudową dla elementów mocy jest zwykle podany w podręczniku. A jest to oznaczone tak:
Nie daj się zmylić faktem, że podręcznik zawiera jednostki miary K/W lub K/W. Oznacza to, że wartość tę podaje się w kelwinach na wat, w grZ na W będzie dokładnie taka sama, czyli X K/W = X grZ/W.
Zazwyczaj podręczniki podają maksymalną możliwą wartość tej wartości, biorąc pod uwagę zróżnicowanie technologiczne. Właśnie tego potrzebujemy, ponieważ musimy przeprowadzić obliczenia dla najgorszego przypadku. Przykładowo maksymalny możliwy opór cieplny pomiędzy kryształem a korpusem tranzystora polowego mocy SPW11N80C3 wynosi 0,8 GHz/W,
Opór cieplny pomiędzy obudową a radiatorem zależy od rodzaju mieszkania. Typowe wartości maksymalne podano w tabeli:
| DO-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 |
Uszczelka izolacyjna. Z naszego doświadczenia wynika, że prawidłowo dobrana i zamontowana uszczelka izolacyjna podwaja opór cieplny.
Opór cieplny pomiędzy obudową/radiatorem a otoczeniem. Ten opór cieplny jest dość łatwy do obliczenia z dokładnością akceptowalną dla większości urządzeń.
[Opór cieplny, grC/W] = [120, (grC * cm2) / szer] / [Powierzchnia grzejnika lub metalowej części korpusu elementu, mkw. cm].
Obliczenia te są odpowiednie dla warunków, w których elementy i grzejniki są instalowane bez tworzenia specjalnych warunków dla naturalnego (konwekcja) lub sztucznego przepływu powietrza. Sam współczynnik został wybrany na podstawie naszego praktycznego doświadczenia.
Specyfikacja większości grzejników zawiera opór cieplny pomiędzy grzejnikiem a otoczeniem. Dlatego w obliczeniach konieczne jest użycie tej wartości. Wartość tę należy obliczyć tylko wtedy, gdy nie można znaleźć danych tabelarycznych grzejnika. Często używamy używanych grzejników do montażu próbek rozwojowych, więc ta formuła bardzo nam pomaga.
W przypadku, gdy ciepło jest odprowadzane przez styki płytki drukowanej, w obliczeniach można również uwzględnić powierzchnię styku.
W przypadku, gdy ciepło jest odprowadzane przez końcówki elementu elektronicznego (zwykle diody i diody Zenera o stosunkowo małej mocy), powierzchnię końcówki oblicza się na podstawie średnicy i długości końcówki.
[Powierzchnia terminala, mkw. cm.] = Pi * ([ Długość przewodu prawego, cm.] * [Średnica prawej końcówki, cm.] + [Długość lewego przewodu, cm.] * [Średnica lewego terminala, cm.])
Przykład obliczenia odprowadzania ciepła z diody Zenera bez radiatora
Niech dioda Zenera ma dwa zaciski o średnicy 1 mm i długości 1 cm i rozprasza 0,5 W. Następnie:
Powierzchnia terminala będzie wynosić około 0,6 mkw. cm.
Opór cieplny pomiędzy obudową (zaciskami) a otoczeniem wyniesie 120 / 0,6 = 200.
Opór cieplny pomiędzy kryształem a obudową (zaciskami) można w tym przypadku pominąć, ponieważ jest on znacznie mniejszy niż 200.
Załóżmy, że maksymalna temperatura w jakiej urządzenie będzie pracować wyniesie 40 grC. Następnie temperatura kryształu = 40 + 200 * 0,5 = 140 grC, co jest akceptowalne dla większości diod Zenera.
Obliczanie online radiatora - grzejnika
Należy pamiętać, że w przypadku grzejników płytowych należy obliczyć powierzchnię obu stron płyty. W przypadku ścieżek PCB używanych do odprowadzania ciepła należy wziąć tylko jedną stronę, ponieważ druga nie ma kontaktu z otoczeniem. W przypadku grzejników igłowych należy w przybliżeniu oszacować powierzchnię jednej igły i pomnożyć tę powierzchnię przez liczbę igieł.
Obliczenia online odprowadzania ciepła bez grzejnika
Kilka elementów na jednym grzejniku.
Jeśli na jednym radiatorze zainstalowanych jest kilka elementów, obliczenia wyglądają następująco. Najpierw obliczamy temperaturę grzejnika korzystając ze wzoru:
[Temperatura grzejnika, grC] = [Temperatura otoczenia, grC] + [Opór cieplny pomiędzy grzejnikiem a otoczeniem, grC/W] * [Całkowita moc, W]
[Temperatura kryształu, grC] = [Temperatura grzejnika, grC] + ([Opór cieplny pomiędzy kryształem a korpusem elementu, grC/W] + [Opór cieplny pomiędzy korpusem elementu a grzejnikiem, grC/W]) * [Moc rozpraszana przez element W]
Często projektując potężne urządzenie wykorzystujące tranzystory mocy lub uciekając się do zastosowania w obwodzie mocnego prostownika, mamy do czynienia z sytuacją, w której konieczne jest rozproszenie dużej ilości mocy cieplnej, mierzonej w jednostkach, a czasem w dziesiątkach watów.
Na przykład tranzystor IGBT FGA25N120ANTD firmy Fairchild Semiconductor, jeśli zostanie prawidłowo zainstalowany, teoretycznie jest w stanie dostarczyć przez swoją obudowę około 300 watów mocy cieplnej przy temperaturze obudowy wynoszącej 25°C! A jeśli temperatura jego obudowy wyniesie 100°C, to tranzystor będzie w stanie dostarczyć 120 watów, co też jest całkiem sporo. Aby jednak korpus tranzystora mógł w zasadzie przenosić to ciepło, należy zapewnić mu odpowiednie warunki pracy, aby nie przepalił się przedwcześnie.
Wszystkie wyłączniki sieciowe produkowane są w obudowach umożliwiających łatwy montaż na zewnętrznym radiatorze – radiatorze. W większości przypadków metalowa powierzchnia klucza lub innego urządzenia w obudowie zaciskowej jest elektrycznie połączona z jednym z zacisków tego urządzenia, na przykład z kolektorem lub drenem tranzystora.
Zadaniem grzejnika jest więc właśnie utrzymanie tranzystora, a przede wszystkim jego złączy roboczych, w temperaturze nieprzekraczającej maksymalnej dopuszczalnej.
Andriej Powny