Jaký výkon uchladí tenhle chladič?

Zpráva

jnd · #1 Příspěvek od **jnd** » 17 bře 2010, 22:53

Válí se mi tu už pár let pěkný chladič a přemýšlím, že bych ho použil na elektronickou zátěž. Jenže vůbec nemám představu, kolik zvládne uchladit. Má rozměry 120x120x40 mm s žebrováním nahoře i dole a otvory na 3x TO-3, viz obrázek. Byl bych vděčný za nějaký odhad při 1) pasivním chlazení, 2) ofukování 12 cm PC větrákem s asi 1200 ot./min.

Co se týče tranzistorů tak tu mám KD501 a jeden KD503. Je lepší tam osadit všechny tři nebo jeden/dva?

#2 Příspěvek od **PavelFF** » 18 bře 2010, 00:22

Na to se nedá moc dobře odpovědět. Záleží na hodně vlivech, jako je poloha chladiče, povolená teplota chladiče, teplota okolí, dokonce třeba nadmořská výška (tlak vzduchu), doba provozu,....

Když si řekneš, že dovolíš teplotu chladiče 70 stupňů, tak uchladí menší výkon, než když dovolíš 90 stupňů. A když bude vnější teplota 10 stupňů, nebo 40 stupňů, tak to může být i obráceně.

Jestli máš zdroj napětí aspoň 20-25V/1A, úplně nejlíp to zjistíš praktickým pokusem. Když zapojíš jeden nebo dva MA7805 do definované zátěže. Budeš měřit ztrátový výkon a zkoumat oteplení. 7805 má teplotní pojistku, takže při přehřátí by se měl vypnout a přežít to.

Chladič odhaduji (navzdory tomu, že jsem napsal, že to nejde ) tak asi na 17W(+-5W) při pasivním chlazení , žebra svisle a na vnějšku přístroje (ne uvnitř skříně). Pokojové podmínky.
Někde na netu se snad dá najít tento Al profil a k němu příslušné křivky teplotního odporu podle délky chladiče.

Co se týče počtu tranzistorů , je lepší jich tam dát víc (postarat se o rovnoměrné rozložení výkonu!), protože budou vždycky odolnější než jeden. V určitých režimech totiž tranzistor může odejít, i když je zvenku úplně studený. Chladič na to nemá vliv, protože tranzistor odejde tak rychle, že se ani nestačí ohřát. Viz graf bezpečné pracovní oblasti SOA v datašítech.

Zátěž můžeš krátkodobě (minuty) provozovat i s mnohem větším výkonem, než je trvalá schopnost chladiče, ale nemůžeš ji provozovat ani vteřinu s větším výkonem, než je odolnost tranzistorů.

Šikovné je doplnit hlídání teploty chladiče nějakým termistorem a v případě přehřátí se přístroj přivede do stavu bez zatížení.

voodoo400 · #3 Příspěvek od **voodoo400** » 18 bře 2010, 07:04

vypocitat to neviem, ale odhadujem s tym ventilatorom na 100W

GeorgeB · #4 Příspěvek od **GeorgeB** » 18 bře 2010, 17:11

Je třeba najít tepelný odpor tohoto chladiče.
Pak počítat jako s jednoduchým sériovým elektrickým obvodem. Brát zdroj tepla(resp. výkonu nebo teploty) jako zdroj napětí. Hodnota tohoto napětí je maximální povolená teplota přechodu. A toto napětí je vedeno přes odpory(tepelné odpory) do dalšího zdroje napětí(tentokrát teplota okolí. Maximální možný výkon co může přejít přes tyto odpory(odpor Rjc,Rcs,Rsa neboli odpor přechod-obal, obal-chladič a chladič-okolí) se vypočítá jako podíl rozdílu teplot Tj-Ta(max teplota přechodu - max teplota okolí) součtu tepelných odporů = (Tj-Ta) /Rja. To je pro předpoklad pasivního chlazení pro stálý výkon.

jnd · #5 Příspěvek od **jnd** » 18 bře 2010, 20:55

PavelFF píše:Na to se nedá moc dobře odpovědět. Záleží na hodně vlivech, jako je poloha chladiče, povolená teplota chladiče, teplota okolí, dokonce třeba nadmořská výška (tlak vzduchu), doba provozu,....

Když si řekneš, že dovolíš teplotu chladiče 70 stupňů, tak uchladí menší výkon, než když dovolíš 90 stupňů. A když bude vnější teplota 10 stupňů, nebo 40 stupňů, tak to může být i obráceně.

Klidně ať se chladič smaží co nejvíc, hlavně aby mi neodešly součástky (s nějakou rezervou).

Teplotu vzduchu v místnosti při používání počítám 25 stupňů plus mínus něco málo.

PavelFF píše:Jestli máš zdroj napětí aspoň 20-25V/1A, úplně nejlíp to zjistíš praktickým pokusem. Když zapojíš jeden nebo dva MA7805 do definované zátěže. Budeš měřit ztrátový výkon a zkoumat oteplení. 7805 má teplotní pojistku, takže při přehřátí by se měl vypnout a přežít to.

Chladič odhaduji (navzdory tomu, že jsem napsal, že to nejde ) tak asi na 17W(+-5W) při pasivním chlazení , žebra svisle a na vnějšku přístroje (ne uvnitř skříně). Pokojové podmínky.
Někde na netu se snad dá najít tento Al profil a k němu příslušné křivky teplotního odporu podle délky chladiče.

Hledal jsem na netu nějaké hodnoty profilových chladičů, křivky podle délky jsem nenašel, ale aspoň jsem našel pár rozměrově podobných s tepelným odporem 1,6-2,3 K/W: http://www.mmmetals.com/pages/extrusion ... rusion.htm .

Vzal jsem si to do práce, zatížil dva (třetí nefunguje) MA7805 celkem 1,5 A na 18,3 V, což dělá 20 W pro chladič a 7,5W do odporů na výstupu. Po nějaké době se ustálila teplota na chladiči mírně přesahující 65 stupňů. Na tělese stabilizátorů bylo kolem 70 st. (měřeno K-TYPE sondou) Takže z toho vychází něco přes 2 K/W odpor chladiče a to odpovídá hodnotám těch podobných co jsem našel. Nakonec to není tak těžké to změřit

Potom jsem na chladič položil onen ventilátor napájený z 12 V. Teplota se ustálila na 35 stupňů, což dělá hezkých 0,5 K/W. Měl jsem ho v poloze jako na fotce, akorát vývody nahoru a větrák foukal dolů jako na procesor v PC.

PavelFF píše:Šikovné je doplnit hlídání teploty chladiče nějakým termistorem a v případě přehřátí se přístroj přivede do stavu bez zatížení.

S nějakým způsobem sledování teploty a omezení počítám.

GeorgeB píše:Maximální možný výkon co může přejít přes tyto odpory(odpor Rjc,Rcs,Rsa neboli odpor přechod-obal, obal-chladič a chladič-okolí) se vypočítá jako podíl rozdílu teplot Tj-Ta(max teplota přechodu - max teplota okolí) součtu tepelných odporů = (Tj-Ta) /Rja. To je pro předpoklad pasivního chlazení pro stálý výkon.

Rsa jsem jak se zdá orientačně zjistil. Rjc najdu v katalogu, pro MA7805 to je 4 K/W a pro KD501-3 0,866 K/W. Když vezmu, že jeden MA7805 na sobě měl 10 W, na přechodu by měl mít o 40 st. víc, než na pouzdře, takže přes 110 st. Pokud jsem to dobře pochopil, tak když budu mít tři tranzistory na jednom chladiči, tak můžu počítat s přibližně s třetinovým Rjc (tj. jako jedna součástka na celý výkon)? Teď ještě zbývá Rcs. Chtěl bych tam dát nějakou pastu, aby byl co nejměnší. Ale dá se nějak zjistit nebo se používá nějaká konstanta pro jednotlivá pouzdra?

Ještě k tomu aktivnímu chlazení. Jak je vidět, tak se tím dost zlepší účinnost chlazení, jak se tohle počítá? Nebo se vyzkouší a uvidí?

Tipuju že bude záležet na průtoku vzduchu a ofukované ploše, ale asi to nebude jednoduché. Taky bych řekl, že vliv polohy chladiče bude menší. Větrák teda vlastně snižuje odpor Rsa, a trochu i Rcs, když bude foukat přímo na pouzdro součástky, ale nevím jestli nějak významně. Jestli bude patrný rozdíl z které strany chladiče by foukal. Upevnit se dá pořádně jen zespoda. To už je snad detail a nebudu se tahat o jednotky wattů.

AmarokCZ · #6 Příspěvek od **AmarokCZ** » 18 bře 2010, 22:39

Aktivní chlazení se počítá velice jednoduše: se vzrůstající rychlostí proudění vzduchu klesá odpor chladiče, průběh je exponenciální a přibližně se stanoví jako Ra=Rp*(0.25+0.75*e^(-v/1.4)), "v" je rychlost proudění vzduchu, "Rp" je odpor při pasivním chlazení. Ze vztahu je vidět, že se výsledná hodnota blíží ke čtvrtině Rp, ale v praxi je reálná třetina Rp.
Pokud se počítá s prouděním v tunelu s více prvky nebo s malým průtokem, tak je potřeba vzít v úvahu, že se vzduch průběžně ohřívá.

#7 Příspěvek od **PavelFF** » 18 bře 2010, 22:48

to jnd: Výpočty jsou hezká věc, ale fungují přesně, jen pokud dodáš přesná vstupní data. Což nejde, protože se těžko zjišťuje, kudy všude proudí chladicí vzduch z ventilátoru kolem žeber chladiče, apod. Všechny výrobcem uváděné konstanty do výpočtů mají dost velkou toleranci.

Výpočet je dobrý pro přibližný odhad a nakonec sám vidíš, že jedině praktická zkouška ti dá skutečný výsledek.

Ještě k dotazu, odkud vítr foukat. Podle mě je skoro jedno, jestli fouká na stranu s tranzistory nebo na opačnou - za předpokladu , že je to symetrický chladič s žebry na obou stranách jako tady. Rozhodující je především chlazená plocha (a hmota). Tranzistor má nepatrnou plochu ve srovnání s chladičem, takže jeho ofukováním se mnoho nezmění. A rozdíl teplot na obou stranách hliníkové desky bude asi taky minimální. Čím bude teplotní vazba součástka-chladič dokonalejší, tím menší vliv bude mít to, z které strany se fouká. To jsou všechno jen moje dohady.