Nesto oko hladjenja...

[Macola]

<p>Iz iskustava sa poluprovodnickim komponentama koje discipiraju po 1-2KW po komadu, a gde je prava umetnost pravilno odvesti toplotu iz njih, prilazem par sugestija oko metoda ispravnog hladjenja kod pojacavaca.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Kada pogledate pdf koji sam postavio, videcete veci pravougaonik koji simbolizuje hladnjak, i u njemu 4 manja pravougaonoka koji simbolizuju tranzistore.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Manji pravougaonici su obelezeni brojevima od 1-4.</p>
<p>----------------------</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Toplota, poput struje, ne ide putevima koje mi zelimo i zamisljamo (kao mali Perica nesto :-), vec tuda kuda su najmanji otpori.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Tranzistori, predstavljeni manjim pravougaonicima, pravilno i zrakasto emituju toplotu, u svakom smeru.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Materijal rashladnog tela, poput provodnika kod elektricne struje, ima toplotnu otpornost po svakom kubnom milimetru svoje strukture.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Sta to znaci?</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Znaci da ce temperatura biti najvisa na samom izvoru, a posto se emisija zrakasto siri kroz materijal, i te linije divergiraju, tj. razredjuju se sa rastojanjem od izvora, temperatura ce po nekoj stopi opadati sa udaljenjem od izvora.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Tok toplote sam predstavio simbolicno isprekidanim zrakastim linijama.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Primeticete da dolazi do <strong>preklapanja</strong> emisija iz sva 4 izvora.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Posledicno tome, raste gustina toplotnog fluksa (toka) kroz materijal, i fluks ce biti najgusci tamo gde se najvise linija preklapa.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Temperaturni profil hladnjaka ce izgledati kao puna linija nalik grafikonu, koju sam povukao sredinom pravougaonoka koji simbolizuje hladnjak.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Dakle, transistori 2 i 3 ce imati visu temperaturu od tranzistora 1 i 2 zbog efekta preklapanja toplotnog fluksa.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>U interesu nam je da imamo<strong> jednake temperature tranzistora u grupi,</strong> i to se postize montazom nalik onoj sa male slike ispod.</p>
<p>-------------------------------------</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Zamolio bih nekog ko ima vise vremena od mene, a dobru volju, da ovaj moj decji crtezic napravi ozbiljnije, kao korisno edukativno sredstvo.</p>
<p>Nadareni se mogu poigrati i bojama,&nbsp; pa predstaviti temperaturu nalik distribuciji u spektru, ili kakvom drugom simbolikom.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Na osnovu poznatih termodinamickih pravila, neko ko je iz te struke, a istovremeno i programer, moze napraviti mali alat kojim se moze makar preliminarno saznati raspored temperatura u odnosu na raspored tranzistora.</p>
<p>Koristilo bi mnogima.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>----------------------------------</p>
<p>Ove moje crteze shvatite kao orijentacione.</p>
<p>Prava slika je nesto slozenija i podleze termodinamickim pravilima, ali se nece previse razlikovati od ovog.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Ovo je sasvim dovoljno da se razume poenta tokova toplote, a nadam se da ce se jos neko potruditi oko lepse prezentacije svega.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Pokrenuo sam bitnu stvar, jer je distribucija toplote najcesce zrtva estetike, pa budu cesto zrtve i tranzistori.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>To nije retka pojava cak i kod fabrickih uredjaja.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Pozz</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>[attachment=1808:termo-preklapanja.JPG]</p>

[HomeMadeAudioProject]

mnogo koristan lako svarljiv tekst napisan od strane macolakg,i prosto bi bio grijeh ostaviti ga samo u BatoMM temi

http://forum.diyaudioproject.eu/index.php?/topic/84-bato-mm-amp-lm-most-by-macolakg/page-17#entry3465

i

 http://forum.diyaudioproject.eu/index.php?/topic/84-bato-mm-amp-lm-most-by-macolakg/page-18#entry3467

evo ga i ovde:

Jedan koristan link, gde je osim oblika hladnjaka napisana i njihova termička otpornost sa dijagramima prema dužini hladnjaka koji se seku na meru:

http://www.mehatronika.co.rs/

Oblast: rashladna tela.

-----------------------------------------------------------------

Ono što piše K/W znači da će temperatura tom hladnjaku porasti za toliko stepeni po vatu unešene snage u hladnjak, ako je temperatura okoline 25 celzijusa i ako je hladnjak i njegova rebra u vertikalnom položaju, bez ometanja slobodnog protoka vazduha pored.

(Celzijusov i Kelvinov stepan su isti, osim što ih razlikuje položaj nule, 0K= -273C, 0C= 273K)

Osim termičke otpornosti hladnjaka treba uzeti u obzir i termičku otpornost kućišta tranzistora ili IC i sabrati je sa termičkom otpornošću hladnjaka.

Termička otpornost kućišta se obično izražava kao "teta jc", i takođe je izražena u kelvinima ili celzijusima po vatu.

Pojačavači u AB klasi, sa pristojno korektno dimenzionisanim naponom napajanja, imaju prosečan stepen iskorišćenja od tipičnih 40%.

To znači da će se na hladnjacima osloboditi 1,5 puta više snage nego što će otići u zvučnike.

----------------------------------------------

Ovo bi bilo jednostavno empirijsko objašnjenje koje će funkcionisati:

Konkretno:

Pretpostavimo da će nam pojačavač sa dva LM3886 u bridge proizvoditi 100Wrms. Na hladnjacima će se osloboditi 1,5 puta više, tj. 150Wrms.

Pošto se ta discipacija ravnopravno deli na dva IC, po komadu će discipirati 75W.

Ako izaberemo hladnjak sa "teta th" = 0,5C/W, a "teta jc" LM3886TF je 1C/W, imaćemo zbirnu termičku otpornost od 1,5C/W.

Dakle, unutar IC, na njegovom kristalu ćemo imati temperaturu od: 75W (po kolu) * 1,5C/W = 112,5C+25C okolne temperature, dakle 137,5C.

Pošto je limit temperature kristala 150C, još uvek moze proći upotreba takvog hladnjaka ako nam je temperatura okoline 25C.

Ako nam je temperatura okoline viša od 25C, moraćemo izabrati hladnjak sa nižim "teta th".

Pretpostavimo da smo izabrali hladnjak sa "teta th" od 0,25C/W.

Sa istom snagom ćemo dobiti temperaturu kristala od 75W * 1,25C/W = 93,75C.

Kada bi nam hladnjak imao teoretskih (praktično nemogućih) 0C/W, i dalje nam ostaje "teta jc" od 1C/W što konačnu snagu discipacije IC ograničava na teoretskih 150W. Takve uslove bi smo približno mogli dobiti ako bi smo hladnjak održavali na 0C protokom neke rashladne tečnosti.

Zaključak je sledeći:

daleko veća ograničenja predstavlja prelazna termička otpornost kristala ka spoljašnosti kućišta nego sama termalna otpornost hladnjaka.

Ovo posebno važi za LM3886TF, čije je kućište izolovano i veoma zgodno za montažu.

Kod neizolovane verzije LM3886T, termalna otpornost je puno niža, ali sa liskunom ili trakom ispod je veoma slična kao kod izolovanog..

Tome se može donekle doskočiti hlađenjem i prednje strane IC. Tim se poprilično smanjuje "teta jc", i to što veću površinu prednje strane pokrijemo rashladnim telom biće nam sve niži "teta jc".

Pošto se izolovano kućište može skoro čitavom površinom pokriti (uz malo mašinskih napora), može imati nižu termičku otpornost od T verzije, osim ako T verziju ne namontiramo direktno na hladnjak pa čitav hladnjak izolujemo. To je definitivno najbolje hladjenje, ali je skopcano sa mnogobrojnim problemima u mehaničkoj montaži jer je rashladno krilo na -Vcc.

To je inače ključni ograničavajuči faktor tog IC čiju granicu na taj način mozemo u prilično ozbiljnoj meri pomeriti.

----------------------------------

Kada skinete pdf o hladnjacima sa linka, videćete na primer da rashladno telo A17 ima na dužini od 100mm 0,75K/W a na dužini od 150mm 0,25K/W.

Dakle, odavde možete steći i osećaj koliko termička otpornost opada sa dužinom hladnjaka i njegovih rebara.

Pošto rebra moraju stajati vertikalno, dužinu čitajte kao visinu rashladnog tela.

Pozdrav!

Kako možemo otkriti/izmeriti termalnu otpornost nepoznatog rashladnog tela?

Na sledeći način:

Biće nam potreban jedan snažan izvor toplote, na primer jedan od onih moćnih žičanih otpornika u metalnom kućištu, predviđenih za montažu na hladnjak.

Trebaće nam i neki pouzdani termometar, kao i snažniji stabilisani ispravljač.

Tempreatura prostorije treba da je približno oko 25C.

Pretpostavimo da imamo na raspolaganju takav žičani otpornik, čija je vrednost 10R/50W.

Izmerićemo što preciznije njegovu vrednost, jer zbog tolerancije ne mora biti kao što piše na njemu.

Neka bude da je stvarno tih 10R.

Namontiraćemo ga na sredinu rashladnog tela, tamo gde bi inače namontirali ono što bi smo hladili.

Namazaćemo ga termalnom pastom i sa svim ostalim pravilima montaže učvrstiti na hladnjak.

Neposredno do njega ćemo probušiti rupu kroz rashladno telo, namenjenu za smeštaj vrha sonde kojom ćemo meriti temperaturu.

U taj otvor ćemo ubaciti vrh sonde tako da sam vrh bude na sredini dubine rupe, i zatim ćemo sondu potpuno zaliti termalnom pastom tako da rupa bude napunjena njom.

Slobodnu površinu otpornika ćemo prekriti nekim termoizolacionim materijalom poput "tervol" ili slično.

Postavićemo hladnjak tako da njegova rebra budu u vertikalnom položaju i vazduh neometano može opstrujavati preko njih.

Potom ćemo na taj naš 10R/50W dovesti napon sa nekog snažnog stabilisanog ispravljača.

Na primer, imamo na raspolaganju stabilisani ispravljač sa 20V i 2 A.

Kada ga priključimo na naših 10R, na njemu će se razviti snaga od 20V * 2A = 40W.

Sad moramo čekati da temperatura hladnjaka poraste.

Mora se čekati sve dotle dok temperatura ne prestane da raste već postigne stabilnu vrednost.

Očitamo je, i neka na primer to bude 70C.

Temperatura prostorije nam je bila 25C, hladnjaku je temperatura porasla sa 25C na 70C, promena je 45C.

Pošto smo uneli 40W, a dobili promenu od 45C, termalna otpornost hladnjaka nam je 45C/40W = 1,125C/W

Pozdrav!

kako neke stvari postanu jasne kao dan kad se kažu "narodskim" jezikom...

[Macola]

<p>Trudim se.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Koliko god ovo bio Diy forum, ne može naškoditi spona između pofesionalizma i Diy.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Spona treba da bude jednostavna, nezahtevna i svakom "pitka", a ko želi dublja izučavanja, lako će sa ovim početnim smernicama "zakopati" duboko u materiju.</p>

[HomeMadeAudioProject]

Trudim se.

Koliko god ovo bio Diy forum, ne može naškoditi spona između pofesionalizma i Diy.

Spona treba da bude jednostavna, nezahtevna i svakom "pitka", a ko želi dublja izučavanja, lako će sa ovim početnim smernicama "zakopati" duboko u materiju.

prepoznaju to ljudi...

[HomeMadeAudioProject]

npr http://www.mikroprinc.com/proizvodi/elektromehanicke-komponente/hemijski-proizvodi/silikonska-pasta/silikonska-pasta-spric-10g/index.php

PROIZVOD Silikonska pasta špric 10g

 OPIS Opis: silikonsko ulje ispunjeno metalnim oksidima za vezivanje na visokim temperaturama

Količina: 10g

Gustina: 2.10g/kubcm

Temperatura: -50 do +200°C

Karakteristike: bele boje, gubi 0.80% na težini posle 96 sati na 100°C

Termalna konduktivnost: 0.9W/m

Permisivnost: 4.9 (na 1MHz)

Specifičan otpor: 1000TΩ/cm

Dielektrična snaga: 18kV/mm

Penetracija: 220-270

u opisu je otprilike sve jasno do sledećih karakteristika:

Termalna konduktivnost: 0.9W/m - jasno je da se radi o termoprovodnosti (suprotno od termootpornsti) ali kako protumačiti oznaku W/m? kako Watt snage utiče na dužni metar? dužni metar čega?

Permisivnost: 4.9 (na 1MHz)  - šta znači permisivost?

Specifičan otpor: 1000TΩ/cm - jasno je da se radi o električnoj otpornosti ali na koji način se to odnosi na 1cm? čega 1cm?

Dielektrična snaga: 18kV/mm  - opet isto,znači 18kV napona neće proći kroz 1mm ČEGA? debljine termopaste?

___________________________________________________________________________________________________________

možda zvučim šašavo i ne poznajem nešto što je očito,ali svakako ako bilo ko zna odgovore na ta pitanja volio bi i poštovao vrijeme utrošeno na pisanje odgovora koji bi ako nikome - a onda barem meni baš mnogo značio.

[Macola]

<blockquote class="ipsBlockquote" data-author="HomeMadeAudioProject" data-cid="17828" data-time="1389632467">
<div>
<p>npr&nbsp;<a data-ipb='nomediaparse' href='http://www.mikroprinc.com/proizvodi/elektromehanicke-komponente/hemijski-proizvodi/silikonska-pasta/silikonska-pasta-spric-10g/index.php'>http://www.mikroprinc.com/proizvodi/elektromehanicke-komponente/hemijski-proizvodi/silikonska-pasta/silikonska-pasta-spric-10g/index.php</a></p>
<p>&nbsp;</p>
<p>PROIZVOD <span>Silikonska pasta špric 10g</span></p>
<div>&nbsp;</div>
<p>&nbsp;OPIS<span> </span> Opis: silikonsko ulje ispunjeno metalnim oksidima za vezivanje na visokim temperaturama</p>
<div>Količina: 10g</div>
<div>Gustina: 2.10g/kubcm</div>
<div>Temperatura: -50 do +200°C</div>
<div>Karakteristike: bele boje, gubi 0.80% na težini posle 96 sati na 100°C</div>
<div>Termalna konduktivnost: 0.9W/m</div>
<div>Permisivnost: 4.9 (na 1MHz)</div>
<div>Specifičan otpor: 1000TΩ/cm</div>
<div>Dielektrična snaga: 18kV/mm</div>
<div>Penetracija: 220-270</div>
<p>&nbsp;</p>
<p>u opisu je otprilike sve jasno do sledećih karakteristika:</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Termalna konduktivnost: <strong>0.9W/m</strong>&nbsp;- jasno je da se radi o termoprovodnosti (suprotno od termootpornsti) ali kako protumačiti oznaku W/m? kako Watt snage utiče na dužni metar? dužni metar čega?</p>
<p>&nbsp;</p>
<p><strong>Permisivnost: 4.9 (na 1MHz) &nbsp;-&nbsp;</strong>šta znači permisivost?</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Specifičan otpor: 1000T<strong>Ω/cm </strong>- jasno je da se radi o električnoj otpornosti ali na koji način se to odnosi na 1cm? čega 1cm?</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Dielektrična snaga: 18kV<strong>/mm&nbsp;</strong>&nbsp;- opet isto,znači 18kV napona neće proći kroz 1mm ČEGA? debljine termopaste?</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>___________________________________________________________________________________________________________</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>možda zvučim šašavo i ne poznajem nešto što je očito,ali svakako ako bilo ko zna odgovore na ta pitanja volio bi i poštovao vrijeme utrošeno na pisanje odgovora koji bi ako nikome - a onda barem meni baš mnogo značio.</p>
</div>
</blockquote>
<p>Oko ovog 0,9W/m će verovatno moći da ti kaže Braca. Nisu mi poznati uslovi merenja.</p>
<p>Moguće je da će&nbsp; uneta snaga od 0,9W, izazvati razliku temperatura od 1* na krajevima zapremine od 1 kubnog metra sa osnovicama od 1 metra, tj. rastojanjem mernih tačaka od 1 m. (ovo je samo pretpostavka, treba ipak pitati Bracu, njegova oblast)</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>"Permisivnost" je loš prevod reči "permittivity". Kod nas se koristi "permitivnost". Odnosi se na osobinu koja se nekada nazivala "dielektrična konstanta". Kasnije je istraženo da to nije konstanta već zavisi od mnogobrojnih faktora. Zato je uveden termin permitivnost. Evo malo o tome:</p>
<p><a data-ipb='nomediaparse' href='http://en.wikipedia.org/wiki/Permittivity'>http://en.wikipedia.org/wiki/Permittivity</a></p>
<p>Ova osobina je od koristi uglavnom kod SMPS koji rade na višim frekvencijama ili kod predajnih tranzistora.</p>
<p>Govori o tome koliko puta će se uvećati kapacitivnost hlađenog predmeta prema rashladnom telu za datu debljinu sloja, u odnosu kada bi bio vakuum umesto paste.</p>
<p>Ta kapacitivnost inače može kod takvih sklopova biti putanja za prostiranje radio smetnji ili pak ograničavajući faktor brzine porasta napona na nekom primaru SMPS trafoa, i izvor udarnih struja za tranzistor koji je hlađen.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>1000Tohm/cm je otpornost između mernih pipaka uronjenih u pastu na rastojanju od 1cm. Dubina uranjanja sondi je standardizovana veličina, ali minije poznata. Uglavnom je nebitna za naš slučaj jer kod montaže nekog metalnog element a na hladnjak, a bez izolacione podloške, predmet uvek može dodirnuti hladnjak i napraviti kontakt.</p>
<p>Pre će biti korisna info kada nam pasta slučajno prelije preko ostalih komponenti na pcb.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>18KV/mm je probojni napon paste sa debljinom sloja od 1mm, mereno loptastom sondom koja ne izaziva korona efekat.</p>
<p>Za pojačala nije od značaja, već opet tek kod visokonaponskih uređaja gde se pasta slučajno prelije preko takvih komponenti.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Pozz</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>P.S.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Zaboravih:</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Oko uslova "penetracija 220-270" ne znam na šta misle. Moguće je da se odnosi na viskoznost, odnosno neki metod merenja viskoznosti penetracijom standardizovanog objekta.</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>Inače, permitivnost je reda veličine koju ima beton (oko 4,5).</p>

[Macola]

Uobičajeno za mene, biće dug tekst, ali pošto smatram da može biti od koristi i pospešiti napredak na našem forumu ipak ću ga napisati.

Nešto oko modifikacije deklarisane termičke otpornosti kućišta prema rashladnom telu...

U nekom davnom periodu mi je se ukazala potreba da testiram krajnje mogućnosti odvođenja toplote sa izolovanog kućišta na LM3886TF i za tu priliku sam koristio specijalno izrađen bakarni blok koji obuhvata skoro čitavu površinu kućišta od LM3886TF i služi kao prelazni (tranzijentni) hladnjak koji pospešuje odvođenje toplote i ujedno (što je kod audio primena možda i važnije) ubrzava odvođenje brzih prirasta toplotnog fluksa.
Ključni razlog tada je bio ispitivanje zbog nedovoljno jasnih i dvosmislenih podataka o razlikama termalne otpornosti između TA11B (neizolovanog) i TF11B (izolovanog) kućišta kod LM3886.
Iz nekog razloga tada nisam našao dokument čiji link će biti kasnije priložen, mada je postojao ali se nisu potrudili da ga istaknu na vidljivo mesto.

U mom ubeđenju o nedostatku korektnog podatka nastao je taj eksperiment.

Glavni zaključci su se odnosili na pragove aktiviranje SpiKe i ostalih termičkih zaštita, kao i povezanosti strujnog limita sa temperaturom kućišta. Na žalost tada nisam pisao podatke eksprimenta, već sam samo doneo zaključke o upotrebnoj vrednosti TF kućišta kod paralelovanja nekoliko LM3886.

Evo fotki tog eksprimentalnog tranzijentnog hladnjaka:

---------------------------
Bakarni polublokovi su kraći u zbirnoj dužini u smeru stezanja za oko 0.1mm od debljine samog kučišta TF11B i rasterećuju IC od termičkog naprezanja elastičnim podloškama ispod zavrnjeva kojih ima tri. Zavrtnji su izabrani sa prečnkom od 3mm i na toj dužini imaju značajnu elastičnost osim pomenutih podloški, takođe ih ima tri zbog ujednačenijeg pritiska na IC.
Uobičajena pravila stezanja su jasna i moment stezanja treba da bude jednak delklarisanom kao za uobičajeno stezno mesto.

Polublok koji pokriva prednju stranu kućišta ima urezan profil koji odgovara prednjem profilu kućišta i bočne zazore od kućišta po 0.1mm sa obe strane radi rasterećenja od termičkog naprezanja.
Na tom prednjem polubloku postoje i proširenja-rezervoarčići, koji rasterećuju od hidrauličnog pritiska kod "viška" termalne paste kojom se IC premazuje sa svih kontaktnih strana.
Pošto je zaliha paste koja iscuri po stezanju u te "rezervoarčiće" značajana, ona fino posluži za popunu bočnih međuprostora jer oni imaju komplikovaniju geometriju (zakošene ivice koje formiraju veće međuprostore), a ipak i od njih izvučemo neku korist pri hlađenju.

Prednji polublok je jedini ukopan i tim smanjen efektivni presek bakra polubloka, ali to je sa razlogom jer na prednjoj strani čipa nema toliko snažnog toplotnog fluksa kao na zadnjoj strani IC. Taj efektivni presek je dobijen empirijski tako što je za oba polubloka korišćena ista debljina materijala (10mm), tako da je efektivni presek prednje strane jednak ostatku posle ukopavanja profila samog IC.
Zbog očekivanja najvećeg toplotnog fliuksa sa zadnje strane IC, koja je uobičajena za kontakt sa rashladnim telom, ostavio sam punu debljinu bakarne šine, tj 10mm čim je efektivni presek neumanjen..

Tranzijentni hladnjak može ostvariti veoma nisku i skoro zanemarljivu termalnu otpornost prema master hladnjaku, jer ima čak 6 slobodnih površina za kontakt sa master hladnjakom, međutim, brušenjem sam predisponirao dve korisne i meni odgovarajuće površine i to:
 
- stranu bloka koja je u ravni sa gornjom stranom TF kućišta i ona ima aktivnu površinu od  preko 1600 mm kvadratnih, gde mogu računati i na sitne dobitke od gornjih površina IC kroz termalnu pastu prema master hldnjaku,

- i  alternativnu stranu bloka gde izlaze nožice iz TF kućišta, sa više od 1000mm kvadratih.

Površine su fino obrušene radi dobrog kontakta, normalno kroz termalnu silkonsku pastu.
Alternativna površina sa strane nogu je predviđena tek u slučaju moje nužne potrebe za takvom merom, i može se upotrebiti na hladnjaku kroz koji bi bio prorezan pravougaoni otvor za nožice IC (40 x 20 mm).

Četiri preostale površine raspolažu sa neupotrebljenih a mogućih za upotrebu još oko 3820mm kvadratnih.
Materijal je elektrotehnički bakar, od šine 50 x 10mm, namenjene za kiloamperske industrijske razvode.

Ono što je vrlo važno a zaboravio sam pomenuti je da sam odlučio spojiti dva pojedinačna bloka sa po jednim IC u jednu formu (što se vidi iz priloženih fotografija), i ključni razlog tome je ispitivanje mogućnosti ujednačavanja pragova trigerovanja raznih internih zaštita IC, a pomoću metode termičkog uparivanja IC.

Bliski pragovi delovanja zaštita su od ključne važnosti kod paralelovanja više takvih IC iz razloga upotrebe njihovih maksimalnih operativnih mogućnosti. U slučaju prevelikog rasturanja tih karakteristika paralelovanje gubi puniu svrsishodnost jer maksimalne mogućnosti određuje najtopliji čip u strukturi iz razloga što će njegova zaštita najranije delovati.

Dodatno se problem usložnjava kada pojedinačni IC ima lokalnu NFB. No ne bih da dužim sa tom pričom.
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 Tranzijentni blok je ipak samo forma koja služi tome da efikasnije i brže transportuje toplotni fluks na master hladnjak koji konačno otpusta toplotu ka okolini.
Konačna rashladna sposobnost čitave figure zavisi dominantno od Rth master hladnjaka prema okolnom prostoru, a Rth kućišta TF11B kroz tranzijentni blok prema hladnjaku je bio na proveri posrednom metodom, odnosno merenjem temperature kućišta na najpovoljnijem mestu za to, bez otećenja kućišta, a to je postojeći kanal na prednjoj strani rashladnog krila gde je plastični zid najtanji i taj kanal je veoma blizak unutrašnjem bakarnom krilu koje se prostire najvećim delom zadnje površine IC.
U taj kanal je smešten termopar J tipa sa mernim uređajem koji ima kompenzaciju hladnog kraja i kalibrisan je sa tolerancijom od 0.5*C (što je meni bilo sasvim dovoljno).
Da bih dobio što bolje merne rezultate, valjalo je veoma značajno povećati Rth između termopara i tranzijentnog hladnjaka, a minimizovati Rth između termopara i samog dna kanala.
To sam postigao puneći deo kanala termalnom Si pastom i prekrivanjem spoljašnosti kanala i samog termopara komadićem silikonske gume koja je odsečena na meru kanala. Termopar je bio izvučen kroz predviđen otvor, i u tom regionu je od tranzijentnog hladnjaka termički bio izolovan bužirom.

Prošlo je skoro čitavu deceniju od eksperimenta i ne sećam se svih podataka već iznosim one kojih se sigurno sećam i one koje trenutno mogu izmeriti pošto još uvek posedujem par tih neupotrebljenih blokova koji su identično izrađeni.

Oko samog eksperimenta nikom nisam dugovao naučni postupak i pisanje rezultata, pa to nisam ni uradio.
U tadašnjem eksperimentu sam koristio vodeni hladnjak radi nepromenljive Tamb i to je bio masivni vodeni hladnjak nekog power tiristora, i kroz njega je cirkulisala voda sa temperaturom od 18*C.
Postupak je zadovoljio moje lične potrebe.

Bio je relativno složen i imao je dosta različitih faza, i ako bih se sada bavio podrobnim opisom sveg tog i to po sećanju, potrajalo bi previše, a već sam napravio čitav roman od ovoga i ne znam šta bih to skratio a da suština ne ostane nedorečena ili oštećena.

Opšti zaključci testa su bili sledeći:

- da se korišćenjem slobodnih i nepredviđenih površina za hlađenje može značajno smanjiti Rth kućiša prema rashladnom telu,

-da se smanjenjem Rth ispod delkarisanog nivoa, nivoi internih zaštita pomeraju ka višim nivoima,

-da se ovom i metodama koje nalikuju ovoj mogu odlično upariti granice trigerovanja internih termičkih zaštita,

-da su uža rasturanja karakteristika poput: ofseta, pojačanja i slew rate,

-da se privremeno može dozvoliti čak dvostruka discipacija IC, ali za trajnu upotrebu to nije za preporuku jer dugotrajna visoka temperatura definitivno degradira osobine svih poluprovodnika.
Za trajnu upotrebu se treba držati temeprature čipa (koliko je to tada bilo moguće proceniti) ispod 90*C ako se ima namera da naprava potraje optimalan radni vek, a to veoma zavisi od konkretnog izvođenja hlađenja.
Međutim, proširena sposobnost instant struja i discipacija je bio benefit od velike vrednosti, jer je bilo moguće napraviti pojačavač manje snage sa nekim osobinama koje imaju pojačavači veće snage, ukoliko se obezbedi niska tranzijentna Rth (čiaj kao brzo odvođenje toplote ka master hladnjaku).

-sasvim moguće i uspešno paralelovanje više IC sa optimalnim vekom trajanja.

----------------------------------------------------------------------------------------------------
Dakle, moj prvi paket IC LM3886 je tada položio primarni test i deo tog paketa je završio kao amp u bridge konfiguraciji, sa 6 komada LM3886TF, odličnim kvalitetom rada i pouzdanih 225W na 8R. I bio je ugrađen kao implement umesto oba izlaza za jedan ogromni Sansui amp kome su pregoreli izlazi sa gomilom vrlo skupih tranzistora.

Pojačavač je potpuno moje rešenje, ni malo nalik BPA verzijama, sa dva IC kao master i VAS za ostala četiri koji su imali jedinično pojačanje uzevši u obzir njihove početne i završne staze signala (ima na forumu jedan od takvih načina koji sam postavio).
 Valsnik je i dan danas veoma zadovoljan svojim novim oblikom "Sansui" ampa, a čini mi se po sećanju da je bio u pitanju model SU-V nešto pa X.
 U svakom slučaju skoro teži od mene :-)

Priči nikad kraja...
 
Možda će nekom biti zanimljiva i izvuče iz priče koju korisnu stvar, možda nekom ne, no nedavno se pojavila potreba na podsećanje na sve ovo i neko ozbiljnije potvrđivanje istinitosti ovih davnih testova.

Trebalo je potvrditi količinu smanjenja Rth kućišta prema hladnjaku korišćenjem ove moje test metode iz prošlosti.


Nekada je razlog bio provera granica izdržljivoti tog IC u tom izolovanom kućištu.

Takvo kućište je, dok je firma National postojala  nosilo ime TF11B i National je dao sledeće karakteristike tog kućišta u  tekstu u Texas-ovom novijem dokumentu koji može biti od značaja korisnicima LM3886TF.

To je ono što tada, kad mi je bilo potrebno, nisam uspeo naći.


http://newscenter.ti.com/index.php?s=32851&item=125812

Pošto se pojavila nova potreba za razmatranjem sniženja Rth ovom metodom, obratio sam se vrhunskom termodinamičaru kog dobro poznajem, doktoru termodinamike Dr Dobrivoju Ninkoviću, koji inače obitava na našem forumu i znamo ga pod nadimkom Braca.

On je nesebično napravio studioznu analizu pojedinačnih Rth raznih površina koje nisu predviđene za kontakt sa rashladnim telom, na kućištu TF11B u kome je inače nama dobro poznat LM3886TF.

Napravio je veoma koristan dokument i rešio sa nama da ga podeli.

Postaviću dokument u ovoj temi jer smatram da se puno toga iz njega može korisnog naučiti, kao i upotrebiti izračunate vrednosti u cilju smanjenja Rth TF11B kućišta prema hladnjaku, sa delimičnim ili potpunim korišćenjem nepredviđenih površina za tu namenu, a u cilju dobitaka navedenih u gornjem tekstu.
Smatram ovaj dokument vrlo verodostojnim pošto se veoma blisko poklapa sa praktičnim rezultatima iz mog davnog eksperimenta (za koji je lako moguće da ćemo ga ponoviti u današnjem preciznijem okruženju i naučnim metodama).


Evo tog korisnog dokumenta:


  LM3886 Cooling Notes.pdf (Size: 232,61 KB / Downloads: 40)

Pozz

[Macola]

Drago mi je da imamo Bracu na forumu!

[Macola]

Da nastavim malo priče oko hlađenja...


Naime, sve te davne vežbice i eksperimenti sa bakarnim blokom iz prethodnog posta o tome dale su dosta korisnih zaključaka.

Ti zaključci su doneli izvesna pravila koja sam tada primenio kod gradnji snažnih amps sa paralelovanim LM3886TF.
Naravno, usvojena pravila primenjujem i dan danas kada mi paralelovanje nekih power komponenti zatreba.
U suštini to ne mora biti LM3886TF, već može biti i neizolovana verzija istog, kao i bilo koji drugi power IC ili ostale power komponente poput velikih IGBT i slično...


Jedna od tih korisnih stvari primenjenih u praksi, kao posledica tih ranih eksperimenata sa onim bakarnim blokom, je primena izotermalnog bloka ispod IC, gde je njegova uloga dvojaka.

Efo fotke jedne od tih gradnji, doduše u 3D ali ću kasnije objasniti prednosti i mane takve gradnje.

Ovo sa fotografije je inače mono blok sa 8 komada LM3886TF, deklarisane snage 250W na 8R. Uz forsirano hlađenje može ostvariti i 300W.
Fotografija je inače iz završne faze gradnje mono bloka.

Dotični mono blok ima konačne master hadnjake sa RTh prema okolini od 0.35K/W za svaki pojedinačno, i koji se u kutiju sa prorezima tako montiraju da je obezbeđeno maksimalno vertikalno opstrujavanje oko izloženih površina.

Ono što je bitno videti na fotografiji su bakarni izotermalni blokovi ispod power čipova.
Bakar ima tipićnu toplotnu provodljivost od 385 W·m-1·K-1 , dok Aluminijum ima tipičnu toplotnu provodljivost od 205 W·m-1·K-1 .

Toplotna provodljivost bakra je maltene dvostruka i ne treba je nikako mešati sa toplotnim kapacitetom (specifična toplota).

Suština je u sledećem: Izotermalni bakarni blok ispod power IC će obezbediti značajno bolju ujednačenost temparatura na pojedinačnim power IC, gde će temperaturne razlike na samom izotermalnom bloku biti minimalne.
To dovodi do vrlo bliske ujednačenosti performansi power IC tokom čitavog temperaturnog raspona rada.

Visoka tolpotna provodljivost bakra, bez obzira na njegov manji tolotni kapacitet (specifična toplota),  obezbeđuje veoma brzu homogenizaciju temperature na čitavom izotermalnom bloku, a on je pak na master hladnjak oslonjen kontaktnom površinom od 4500 mm kvadratnih, što kroz tanak sloj silikonske paste između njega i master hladnjaka, Rth tog spoja čini zanemarljivim.
Posledično tome, temperaturna razlika između aluminijumskog master hladnjaka i izotermalnog bloka u bliskoj oblasti oko međusobne kontaktne površine će biti beznačajna.

Aluminijumski master hladnjak je osnovno rashladno telo i rashladna sposobnost dominantno zavisi od njegovih emisionih površina i njihovog položaja kao i boje.

Van njegovih površina u nekom malom iznosu doprinosi i izložena slobodna površina izotermalnog bloka, ali to je mala veličina u odnosu na skoro 250.000 mm kvadratnih površine rebara aluminijumskog hladnjaka + ostale slobodne površine istog.

Konačni rezultat je sledeći:

-Kontaktna površina samog power IC je konačna i i to je jedina emisiona površina koja (u slučaju klasične veze samo pomoću zadnje strane) može predavati tolotu hladnjaku.
Možemo skoro zanemariti emisiju tolote ka okolini sa slobodnih površina IC ukoliko nemaju dodatne hladnjake na njima.
Ukoliko postoje hladnjaci na tim slobodnim površinama, to se nikako ne može zanemariti već je podrobno objašnjeno u prethodnom postu.

-Toplotne prenose kroz metale možemo posmatrati poput pojava električnog provođenja kroz metale. Dakle, počev od izvora toplote (sam power IC) pa na dalje, povećavanjem rastojanja u svakom smeru temperatura hladnjaka će opadati i to sve više sa porastom rastojanja.

-Hladnjaku emisiona sposobnost zavisi od temperaturne razlike njegove površine prema okolini. Dakle, što je viša tempertura hladnjaka, veća je razmena prema okolini.

-počev od izvora, udaljavanjem od njega temperatura hladnjaka će opadati, a takođe i sposobnost razmene sa okolinom. Dakle, razmena će biti najsnažnija u bliskoj okolini izvora (power IC) a najlošija na najudaljenijim mestima na hladnjaku.

-Stavljanjem izotermalnog bloka sa visokoprovodljivm materijalom kao prelazni kontakt sa aluminijumskim hladnjakom,  prividno smo uvećali emisionu površinu power IC i na taj način postigli da se toplota predaje aluminijumskom hladnjaku značajno većom površinom, gde su na taj način rastojanja manja od izvora do periferija aluminijumskog hladnjaka, čim smo povećali efikasnost samog auminijumskog hladnjaka. Tu osobinu neće bitno narušiti sam kontakt između izotermalnog bloka i aluminijumskog hladnjaka jer je provršina razmene ogromna i ima veoma malu Rth.

-Stavljanjem izotermanog bloka homogenizovali smo temperature pojedinačnih power IC i na taj način im ujednačili sve ostale karakteristike koje zavise od temperature.

Toliko o tome.

-------------------------------------------------------------------------

Što se tiče 3D gradnje, to je mač sa dve oštrice.

Mane:

-veoma teško za izvođenje i mora se sve ručno izvesti,

-niska buduća servisabilnost i otežana ponovljivost izvođenja,

-niska ekonomska efikasnost jer zahteva ogromno vreme rada.

Prednosti:

-najefikasniji način za izbegavanje parazitnih induktivnih i kapacitativnih međusobnih uticaja, jer su nam na raspolaganju prostorni uglovi a ne u jednoj ravni kao na pcb, što omogućava neuporedivo veči broj mogućih a povoljnih kombinacija putanja,

-olakšan inženjering orijentisan ka smanjenju potrebnih kompenzacionih mreža i svakako neuporedivo manje svih parazitnih efekata,

-generalno manji broj spojeva jer se mnogi izvode najdirektnijom putanjom bez prelazne pcb. Ujedno i manji "spisak" termonaponskih efekata.

-vrlo kratke i koncentrisane putanje struja, gde se prednosti koje nudi koncentrisana građa samog power IC šire i van njegovog kućišta.
Benefiti su:
niska termogena otpornost,
nizak induktivitet vodova,
niske parazitne kapacitivnosti ukoliko su male preklapajuće površine vodova (vošenje pod uglom u odnosu na susedni provodnik).
Na PCB je to teže izvodljivo jer nas ograničavaju jedna ili dve ravni.
Način sa 3D gradnjom je u tom smislu tek približno uporediv sa PCB koja ima bar 4 ili više slojeva i vrlo je gusto napravljena, i tu se ipak uticaji premitivnosti i ostalih dielektričnih osobina materijala na kome je PCB nikako ne mogu izbeći.
Kod 3D gradnje većinski sastav izolatora je vazduh.

-----------------------------------
3D gradnju treba raditi samo ako se radi veoma bliskom prijatelju, ili sebi, ili za veliki novac :-)

Pozdrav

[Želja]

Malo se interesujem oko hladjenja (teorijski deo) pa naletih na lep link
sa vrlo zgodnim i jednostavnim kalkulatorom :

http://www.giangrandi.ch/electronics/thc...calc.shtml

Pozz

[Želja]

Ne mogu nigde naći, koliki je otpor Rth(CH) izmedju TO-247AC i hladnjaka kada je upotrebljen liskun sa termo pastom ?
Još kad bi našao podatke o promeni tog otpora sa momentom pritezanja
Našao sam sve to za TO-247 PLUS, ali to su ipak različite priče !

Na linku koji sam postavio u prethodnom postu postoje podaci za: TO-3P = 0.6 C/W i TO-3 = 0.4 C/W .

Pretpostavljam da je za TO-247AC negde oko 0.5 C/W ??

E sad, tačan otpor zavisi od dosta stvari :
- Stanje hrapavosti hladnjaka
- Debljine liskuna
- Termičke otpornosti same paste
- Sile pritezanja
- itd ...

Ja sam vodenom šmirglom ispolirao hladnjak, i DOSTA JAKO pritegao sa TO-247AC kvalitetnim imbus šrafom sa baš širokom podloškom,
a termo pasta sa obe strane liskuna , pa se sve nadam da sam ispod 0.5 C/W ?!?

Vredi li šta skinuti / ispolirati / površinski sloj olova (PB free) sa donje strane TO-247 i tako doći direktno do bakarne osnove ?
Da li bi bakar korodirao vremenom ispod liskuna/paste i tako degradirao preformanse ?

Svaki savet/mišljenje je dobrodošlo !
Pozz

P.S
Liskun se može USPEŠNO prepoloviti, odnosno od jednog napraviti DVA tanja i to bez ikakvih oštećenja ili ogrebotina !
Ovako se može BITNO smanjiti otpor Rth Case to Heatsink, ali su smanjene i mehaničke performanse.
(ali opet mislim da su sasvim dovoljne)

Liskun se "cepa" pod lupom sa velikim uvećanjem i NOVIM oštrim vrhom skalpela.
Ovo sam probao.

[Vlajko]

Ne mogu nigde naći, koliki je otpor Rth(CH) izmedju TO-247AC i hladnjaka kada je upotrebljen liskun sa termo pastom ?
Još kad bi našao podatke o promeni tog otpora sa momentom pritezanja
Našao sam sve to za TO-247 PLUS, ali to su ipak različite priče !

Na linku koji sam postavio u prethodnom postu postoje podaci za: TO-3P = 0.6 C/W i TO-3 = 0.4 C/W .

Pretpostavljam da je za TO-247AC negde oko 0.5 C/W ??

Zelja,

upravo sam premerio realnu situaciju, dosta je sareno, ima razlicitih liskuna.

0.341 C/W
0.415 C/W
0.534 C/W
0.708 C/W

U pitanju su irfp240, sa kontinualnom disipacijom od 26.5w.

Ove dve vece vrednosti, jedino sto mogu da vidim je da su liskuni za par milimetara siri od kucista, dok ove dve manje vrednosti imaju liskune koji jedva malo vire ispod kucista mozda 0.5mm. Naravno debljinu ne mogu premeriti jer su u uredjaju koji je u radu (svira  )  

Temperaturu hladnjaka sam merio u rupi na hladnjaku koja je tacno iza ledja kucista tranzistora (3-4mm od kucista), a temperaturu kejsa, na onom polukruznom udubljenju na kucistu tranzistora
gde blago izviruje metal. Termopar umocen u pastu na svim merenjima i stisnut dobro, dok se citanje ne stabilizuje.

Ova 0.341 vrednost uliva nadu da se sa tankim liskunom moze racunati na tako neku vrednost.

[Vlajko]

Bas ovi MOSFET-ovi od IR-a su u pitanju:

http://www.irf.com/product-info/datashee...rfp240.pdf

Pogledaj u odeljku Thermal resistance, navode 0.24c/w za namazan tranzistor bez liskuna. S tim da je to tipicna vrednost , min i max nisu naveli.

Onaj najbolji primerak iz prethodnog posta ispada da mu liskun unosi oko 0.1 C/W, a onom najgorem od 0.708c/w liskun unosi oko 0.46C/W.

Usput ako je niski napon u pitanju, a volis avanture, dobra eloksaza hladnjaka je vrlo pristojan izolator - oksid aluminijuma.
Elektrolitski kondenzatori rade tako nekako
Citao sam negde koliko volti je probojni napon po mikrometru Al oksida, al da me ubijes ne secam se gde, mislim da je neki Ap note od Nichicon-a ili PAnasonic-a.....

[Želja]

Vlajko,

Mnogo mi znači podaci koje si dobio merenjem.

Nije mi baš jasno, zašto ti "širi" liskuni imaju veći termalni otpor ?
Jedino objašnjenje vidim u tome da su i deblji.
Pretpostavljam da su ostali uslovi montaže identični ( pasta sa obe strane liskuna i približno isti moment pritezanja).

Tačno je da IRF navodi Rth(CS) = 0,24C/W za IRFP240
To mi deluje baš puno!
Gledajući sa druge strane, tvoj najmanji dobijeni rezulat koji je uvećan svega 0.1C/W
od vrednosti iz datasheet-a je FANTASTIČAN ! - a i ostali rezulatati su dobri !

Volim avanture, ali nije baš nizak napon u pitanju (SMPS na 650V DC).
Tako da moram voditi računa i o propisnoj naponskoj izolaciji, i istovremeno o povećoj disipaciji.

Vidim da na E-bay ima keramičkih TO-247 izolatora, termičke provodljivosti od nekih 20-30W/(m K)
i kao takvi imaju DOSTA manji termalni otpor u odnosu na liskun izolatore.
Nisam ih do sada koristio i ne znam koliko su lomljivi, odnosno koliku silu pritezanja trpe.

Treba razmisliti i o načinu odvodjenja toplote sa prednje strane kućišta, koje je Macola lepo objasnio
i prezentovao. Sve po malo i nakupi se !

Pozdrav
Želja

[mikikg]

@Zelja
Pogledaj i ovu temu, u vise postova smo diskutovali oko izolatora, imao sam i ja neka merenja.
http://forum.yu3ma.net/showthread.php?tid=1055&pid=48505#pid48505

Uglavnom, ja sam se posluzio specificnim tranzistorom NJL3281D koji mi je sluzio i kao grejac i kao sonda za temperaturu i sa njim sam mogao da uporedim razlicite metode montaze/izolacije.
Taj tranzistor je idealan za takve experimente zbog nezavisno integrisane diode koja jedino moze da detektuje valjano temperaturu samog chipa.
Unosenjem konstatne energije u tranzistor moze vrlo pouzdano da se ratiometriski porede razliciti hladnjaci, izolatori, paste.
Macola je u toj temi dao i shemu za amp koji linearizuje diodu i daje naponski izlaz naspram temperature, naravno posle kalibracije na 0 i 100 *C.

[mikikg]

Ovde je shema za amp Si diode kao temperaturni davac i opis procedure za kalibraciju.
http://forum.yu3ma.net/showthread.php?tid=1055&pid=48579#pid48579

[Želja]

Miki,
Dobre i korisne informacije !
Nabaviću taj tranzistor samo zbog merenje i eksperimenata sa termikom.

Pozz

[mikikg]

Pa da, idealan je za te vrste eksperimenata jer nam je "davac" najblize moguce "izvoru" toplote, na samom chipu koji i greje i meri temperaturu.
Sve ostale metode imaju neku gresku koju nije lako kompenzovati i uracunati.

[Želja]

Miki,
Dobre i korisne informacije !
Nabaviću taj tranzistor samo zbog merenje i eksperimenata sa termikom.

Pozz

Evo, stigao mi danas pomenuti tranzistor

Sada mogu da se igram ...

Pozz

[mikikg]

Odlicno, sad mozes lepo da istestiras sve ovo sto smo pricali oko montaze i hladjenja.

Postavi rezultate kad odradis testiranje ...