Szkoła Konstruktorów
Trzecia klasa Szkoły Konstruktorów
Policz 175 9/2010 temperaturze otoczenia +35°C, nie może W e-mailach podawajcie też od razu swój
Kontynuujemy rozwiÄ…zane dalej zadanie 170, przekroczyć +65°C. adres pocztowy.
polegajÄ…ce na budowie zasilacza samochodo- Przy rozwiÄ…zaniu zadania Policz175 nale- Zapraszam do rozwiÄ…zania tego zada-
wego według rysunku A. Przeprowadziliśmy ży wykorzystać wcześniejsze informacje z nia zarówno doświadczonych, jak i począt-
obliczenia i okazało się, że rezystancja termicz- zadania 170 i: kujących elektroników, którzy nie potrafią
na radiatora może być stosunkowo duża. I to obliczyć maksymalną rezystancję ter- przeanalizować wszystkich subtelności ukła-
nas cieszy, bo może to być niewielki radiator. miczną radiatora, by jego temperatura nie du. Można też jeszcze nadsyłać rozwiązania
Zastanawiamy siÄ™ jednak, czy nie warto tak przekroczyÅ‚a +70°C. zadania Policz174 z poprzedniego miesiÄ…ca.
zrealizować zasilacza, żeby radiatorem była Jak zawsze, bardzo proszę, żeby nadsyłane
metalowa obudowa w kształcie litery U, którą rozwiązania były możliwie krótkie. Praca Rozwiązanie zadania
sami możemy zrobić z blachy aluminiowej o powinna zawierać zwięzły opis przebiegu Policz 170
grubości 2mm. Znalezliśmy w pewnej książce obliczeń. W EdW 4/2010 przedstawione było zadanie
wzory oraz wykresy, które łatwo pozwo- Nagrodami będą kity AVT lub książ- Policz170, które brzmiało: W ramach rozwią-
lą wyliczyć potrzebną powierzchnię takiego ki, a najaktywniejsi uczestnicy są okreso- zanego dalej zadania Policz 165 obliczyliśmy,
radiatora. Do takich wyliczeń potrzebna jest wo nagradzani bezpłatnymi prenumeratami jaka będzie maksymalna moc strat stabiliza-
wartość rezystancji termicznej. Ale nie może EdW lub innego wybranego czasopisma AVT. tora. Zgodnie z zapowiedzią z zadania 165,
to być wartość obliczona w ramach zadania Wszystkie rozwiązania nadsyłane w terminie znając moc strat wydzielanych w stabiliza-
Policz170 otóż są to wyniki przy założeniu 60 dni od ukazania się tego numeru EdW torze, przymierzymy się do wyboru radiato-
temperatury zÅ‚Ä…cza ponad 100°C i co nie- powinny mieć dopisek Policz175 (na koper- ra. Nie jest to jednak dokÅ‚adna kontynuacja
trudno obliczyć, przy temperaturze radiatora cie, a w tytule maila dodatkowo nazwisko, wcześniejszego zadania, ponieważ, jak poka-
blisko 100°C. JeÅ›li nasz radiator ma być obu- np.: Policz175Jankowski). Z uwagi na specy- zuje rysunek B, inne jest napiÄ™cie wyjÅ›ciowe,
dową, nie może mieć temperatury wyższej fikę zadania, bardzo proszę o podawanie swo- a także napięcie wejściowe jest dokładniej
od wrzątku, bo grozi- jego wieku oraz miejsca nauki czy pracy. określone. Natomiast maksymalny
Rys. A
Rys. B
Å‚oby to poparzeniem. prÄ…d jest taki sam, czyli 0,75A.
+12...15,0V
+12...15,0V
+4,8...5,2V
+4,8...5,2V
Musimy jeszcze raz Pamiętając, że ma to być urządze-
7805
7805
przeprowadzić obli- + nie używane w samochodzie oso-
+
czenia, ale tym razem z gniazda bowym, zakładamy, iż może to być
z
g
n
i
a
z
d
a
z gniazda
z
g
n
i
a
z
d
a
do
do
zapalniczki
zapalniczki
przyjmiemy, że mak- samochód bez klimatyzacji. Dlatego
obciążenia
100 10 obciążenia
1
0
0
1
0
100 10
1
0
0
1
0
samochodu
samochodu
symalna temperatura osobowego przyjmujemy maksymalnÄ… tempera-
osobowego
radiatora, nawet przy turÄ™ otoczenia +35°C.
_
_
R E K L A M A
+
+
+
+
Szkoła Konstruktorów
a)
temperatura
Tj złącza
T
W ramach zadania Policz170 należy: biamy się we wszystkie ta jest duża i wynosi 5K/W
j
całkowita
obliczyć, jaka powinna być rezystan- niuanse. Zajmujemy siÄ™ Rthja rezystancja (5°C/W). Tak przynajmniej
R
t
h
j
a
termiczna
cja termiczna radiatora. podstawowymi, prostymi podaje większość wytwór-
złącze-otoczenie
Zadanie było łatwe. Jeden z Czytelników zależnościami. W ramach ców kostki 7805. W innych
Ta temperatura
T
a
otoczenia
przedstawił następującą procedurę obliczenio- zadania Policz175 zaj- elementach umieszczo-
wą: aby rozwiązać zadanie należy policzyć moc miemy się pokrewnym nych w obudowie TO-220,
strat wydzielaną na stabilizatorze. Zakładając zagadnieniem, związa- zwłaszcza w tranzystorach,
b)
spadek napięcia 0,7V na diodzie wejściowej, nym z temperaturą radia- rezystancja termiczna Rthjc
Tj temperatura
T
j
złącza
napięcie na wejściu stabilizatora wyniesie: tora. Natomiast zadanie jest dużo mniejsza, a w nie-
Rthjc
R
t
h
j
c
15V 0,7V = 14,3V Policz170 polegało na których wynosi tylko 1K/
zaś napięcie na samym stabilizatorze: przeprowadzeniu ele- W. Dla stabilizatorów w
Tc temperatura
T
c
obudowy
14,3V 4,8V = 9,5V mentarnych obliczeń, innych obudowach wartość
Rthcr
R
t
h
c
r
Wtedy moc strat wydzielana na stabilizatorze uwzględniających infor- Rthjc będzie inna rysunek
Tr temperatura
T
wyniesie: macje podane w opisie. F pokazuje wartości Rthjc
r
radiatora
9,5V * 0,75A = 7,125W Trzeba było uwzględ- dla różnych obudów.
Rthra
R
t
h
r
a
Powyższe obliczenia wykonane zostały dla war- nić fakt, że ciepło wytwa- Rezystancja Rthcr mię-
temperatura
Ta otoczenia
T
tości skrajnych, najbardziej niekorzystnych. rzane jest w strukturze dzy obudową a radiatorem
a
Rys. D
Maksymalna temperatura pracy układu układu scalonego i że zależy od kilku czynników.
7805 to +125°C, a temperatura otoczenia to po drodze do otoczenia napotyka rezystan- MiÄ™dzy innymi od gÅ‚adkoÅ›ci powierzchni, siÅ‚y
+35°C. Różnica temperatur wynosi wiÄ™c: cjÄ™ termicznÄ… miÄ™dzy zÅ‚Ä…czem a otoczeniem docisku oraz od tego, czy zastosowany zostaÅ‚
125°C 35°C = 90°C Rthja (junction ambient). WystÄ™puje tu smar pasta przewodzÄ…ca ciepÅ‚o. Zastosowanie
Rezystancja termiczna całego toru odpro- sytuacja podobna, jak w prostym obwodzie pasty znacząco zmniejsza rezystancję Rthcr,
wadzania ciepła wyniesie: elektrycznym, gdzie mamy zródło napięcia, ponieważ pasta wypełnia maleńkie nierówności
Rthja = 90°C/7,125W = 12,63°C/W prÄ…d i rezystancjÄ™. W obwodzie termicznym miÄ™dzy obudowÄ… radiatora i polepsza warunki
12,5°C/W, zaokrÄ…glajÄ…c do 0,5°C/W mamy zródÅ‚o ciepÅ‚a i odpowiednikiem napiÄ™- przewodzenia ciepÅ‚a. Zastosowanie pasty i brak
Aby obliczyć rezystancję termiczną samego cia U jest temperatura T, a ściślej różnica przekładek izolacyjnych pozwalają uzyskać
radiatora, od powyższej wartoÅ›ci należy odjąć temperatur "T (analogiczna do napiÄ™cia jako rezystancjÄ™ Rthcr rzÄ™du 0,2K/W (0,2°C/W),
rezystancję termiczną obudowy układu (Rthjc), różnicy potencjałów). Odpowiednikiem prądu czyli wielokrotnie mniejszą, niż Rthjc. Bez
która dla obudowy TO-220 wynosi 5°C/W: jest moc cieplna, która musi przepÅ‚ynąć z pasty i przy maÅ‚ym docisku, rezystancja Rthcr
12,5°C/W 5°C/W = 7,5°C/W grzejÄ…cego siÄ™ zÅ‚Ä…cza do otoczenia. Moc ta może wynieść 1...2K/W. W każdym razie, przy
Powyższa wartość stanowi rozwiązanie przepływa przez rezystancję termiczną Rthja. zastosowaniu pasty można spokojnie pominąć
zadania (nie uwzględniając rezystancji ter- Ilustruje to rysunek C. rezystancję Rthcr.
micznej obudowa-radiator Rthcr, którą ze Na rezystancję termiczną Rthja składają Rezystancja Rthra to rezystancja cieplna
względu na małą wartość nieprzekraczającą się trzy rezystancje: radiatora, zależna od jego wymiarów, wielko-
1°C/W można pominąć). Rthjc (junction case). Å›ci i faktury powierzchni, a także od... kolo-
Według takich wyliczeń, rezystancja ter- Rthcr (case radiator). ru. W ofertach dystrybutorów często podana
miczna radiatora Rthra nie powinna być więk- Rthra (radiator ambient). jest konkretna wartość rezystancji termicznej
sza niż 7,5°C/W, czyli 7,5K/W. I to jest bar- SÄ… one poÅ‚Ä…czone szeregowo, jak poka- Rthra danego radiatora. PrzykÅ‚ad znajdziesz
dzo dobre rozwiązanie. zuje rysunek D. Rezystancja Rthjc jest nie- na rysunku G. W praktyce okazuje się, że
Jednak większość uczestników podała zmienna jest wyznaczona przez konstruk- rezystancja cieplna nie jest stała, tylko sil-
inne wartości rezystancji termicznej radiato- cję stabilizatora, a konkretnie obudowy. W nie zależy od temperatury radiatora, ale to
ra, w większości w zakresie 10...16,2K/W. przypadku stabilizatora 7805 w popularnej oddzielny, szeroki i trudny temat. W te trudne
Niektórzy do obliczeń podstawili inne war- obudowie TO-220 (fotografia E) rezystancja szczegóły nie będziemy się wgłębiać.
tości temperatury. Jeden z uczestników jako Poświęćmy natomiast jeszcze trochę uwagi
obwód obwód Rys. C
a)elektryczny b)
termiczny
maksymalną temperaturę otoczenia przyjął temperaturze. Najwyższą temperaturę ma złącze,
przepływ ciepła
p
r
z
e
p
Å‚
y
w
c
i
e
p
Å‚
a
+20°C, a nie +35°C, jak byÅ‚o podane w gdzie wydziela siÄ™ ciepÅ‚o. Na rezystancji termicz-
P - moc
P
-
m
o
c
zadaniu. Dwóch uczestników stwierdziło, że I nej Rthjc występuje różnica temperatur, więc tem-
maksymalna temperatura otoczenia w samo- peratura radiatora jest niższa od temperatury złą-
R
chodzie może być większa niż +35C. Jeden
Rth Fot. E
R
t
h
z nich zaproponowaÅ‚ nawet wartość +60°C
rezystancja
r
e
z
y
s
t
a
n
c
j
a
t
e
r
m
i
c
z
n
a
wewnÄ…trz samochodu stojÄ…cego w upalne termiczna
U T
T
P
=
I = P =
I
=
lato w pełnym słońcu. Owszem, w stojącym Rth
R
R
t
h
.
.
.
.
T
=
P
R
U = I R T = P Rth
U
=
I
R
w słońcu samochodzie, zwłaszcza ciemnym,
t
h
U
T
T
temperatura może bardzo wzrosnąć, ale w
R = =
R
=
Rth P
R
t
h
I
czasie jazdy na pewno tak wysoka nie będzie,
nawet w samochodzie bez klimatyzacji. Wiele
Rys. F
zależy od miejsca zamontowania stabilizatora
i jego radiatora pod maskÄ… silnika temperatu-
ra może być nawet wyższa od wspomnianych
+60°C. Ale to temat na oddzielnÄ… dyskusjÄ™.
W samochodach warunki pracy rzeczywiście
są trudne i porządna realizacja urządzeń elek-
tronicznych, by pracowały niezawodnie przez
długi czas, często okazuje się trudnym lub
nawet bardzo trudnym zadaniem. Ale w trze-
ciej klasie Szkoły Konstruktorów nie wgłę-
Wrzesień 2010
W
r
z
e
s
i
e
Å„
2
0
1
0
50 El ektronika dl a Wszystkich
a
c
i
n
ż
ó
r
-
T
temperatur
T - różnica
a
c
i
n
ż
ó
r
-
T
T - różnica
temperatur
a
c
i
n
ż
T
ó
r
T
U
-
T
temperatur
T - różnica
+
+
+
+
Szkoła Konstruktorów
Szkoła Konstruktorów
cza. Jednak temperatura radia- activated at power levels może zadziałać nieco wcześniej, przy mniej-
tora też jest wysoka i w wielu slightly above or below szej mocy i temperaturze. Zbyt mały radiator
przypadkach może wynosić the rated dissipation. nie spowoduje uszkodzenia, ale obniżenie
ponad +100°C. Maksymalna Po pierwsze produ- napiÄ™cia wyjÅ›ciowego. WÅ‚aÅ›nie dlatego, dla
temperatura złącza większo- cent ostrzega, że praca uniknięcia takiego ryzyka, niektórzy pro-
Å›ci krzemowych elementów w temperaturze +150°C ducenci zalecajÄ… pracÄ™ przy temperaturze
półprzewodnikowych wynosi może zmniejszyć nieza- zÅ‚Ä…cza do +125°C.
+150°C. Dla niektórych tranzy- wodność, ale to dotyczy W praktyce sprawa jest znacznie bar-
storów i diod producenci poda- wszystkich elementów dziej skomplikowana, a konkretne dane
jÄ… wyższÄ… wartość +175°C, a półprzewodnikowych. Po należaÅ‚oby uzyskać przez pomiary modelu
nawet +180°C. drugie, w tym przypadku z różnymi radiatorami. Jeden z uczestników
Zdecydowana więk- ważniejsze, stabilizatory stwierdził, że dużą pomocą były artykuły
szość uczestników zadania rodziny 78xx mają wbu- w EdW 7/1998 oraz 8/1998. Ja jeszcze raz
Policz170 przyjęła maksy- dowane zabezpieczenie podkreślam, że zadanie Policz170 polegało
malną temperaturę złącza termiczne. Zasadniczo tylko na przeprowadzeniu elementarnych,
(struktury) stabilizatora, zabezpieczenie to powin- uproszczonych obliczeń. Dlatego za prawid-
równÄ… +150°C. Nie jest no zadziaÅ‚ać wÅ‚aÅ›nie w Å‚owe uznaÅ‚em także te rozwiÄ…zania, w któ-
to bÅ‚Ä…d. Ale w tym akurat temperaturze +150°C i rych przyjÄ™liÅ›cie maksymalnÄ… temperaturÄ™
przypadku w grÄ™ wchodzi nie dopuÅ›cić do dalsze- zÅ‚Ä…cza równÄ… +150°C i uzyskaliÅ›cie wartość
Rys. G
dodatkowy szczegół. W karcie katalogowej go wzrostu temperatury. W praktyce będzie rezystancji cieplnej radiatora powyżej 10K/
kostek µA78xx Texas Instruments można to polegaÅ‚o na zmniejszeniu prÄ…du, a tym W. W ten sposób mogÅ‚em uznać praktycznie
przeczytać: Maximum power dissipation is a samym napięcia wyjściowego. Po zadziała- wszystkie nadesłane odpowiedzi (z wyjąt-
function of T , ¸J , and T . The maximum niu zabezpieczenia termicznego obniży siÄ™ kiem jednej, przysÅ‚anej przez 13-latka).
J(max) A A
allowable power dissipation at any allo- więc napięcie wyjściowe. I właśnie tutaj w Nagrody upominki za zadanie Policz170
wable ambient temperature is P = (T zadaniu Policz170 występuje jedyna drobna otrzymują:
D J(max)
T )/¸ . Operating at the absolute maxi- puÅ‚apka. Otóż może siÄ™ okazać, że oszczÄ™d- MichaÅ‚ Lisak Lwówek Åšl.,
A JA
mum T of 150°C can impact reliability. Due nie dobrany radiator spowoduje wzrost tem- Maciej Martula Mielec,
J
to variations in individual device electrical peratury złącza do progu zadziałania zabez- oraz Piotr G. z Aodzi.
characteristics and thermal resistance, the pieczenia termicznego. A jak ostrzega produ- Wszystkich uczestników dopisuję do listy
built-in thermal overload protection may be cent, wbudowane zabezpieczenie termiczne kandydatów na bezpłatne prenumeraty.
R E K L A M A
Wrzesień 2010
W
r
z
e
s
i
e
Å„
2
0
1
0
El ektronika dl a Wszystkich 51
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
2010 08 Szkoła konstruktorów klasa III2010 07 Szkoła konstruktorów klasa III2010 09 Szkoła konstruktorów klasa II2010 05 Szkoła konstruktorów klasa III2001 09 Szkoła konstruktorów klasa II1999 09 Szkoła konstruktorów klasa II2002 09 Szkoła konstruktorów klasa II2009 12 Szkoła konstruktorów klasa III2003 09 Szkoła konstruktorów klasa II2010 07 Szkoła konstruktorów klasa II2000 09 Szkoła konstruktorów klasa II2010 08 Szkoła konstruktorów klasa II2010 05 Szkola konstruktorow kl Nieznany2001 05 Szkoła konstruktorów klasa II2003 03 Szkoła konstruktorów klasa II2009 12 Szkoła konstruktorów klasa II2001 03 Szkoła konstruktorów klasa IIwięcej podobnych podstron