. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Power tipy XXIIX - Krátkodobé zvýšení teploty v obvodech MOSFET - část 1

Power tipy XXIIX - Krátkodobé zvýšení teploty v obvodech MOSFET - část 1

V následujících dvou dílech seriálu Power Tip si přiblížíme jednoduchou metodu určení rychlého nárůstu teploty na čipu MOSFET tranzistorů. Tato informace je pro nás důležitá především v obvodech typu hot-swap.

Hot-swap řadiče mají za úkol zabraňovat rychlým proudovým špičkám, vznikajících při připojení zátěže k napájecí sběrnici. Cílem je samozřejmě zabránění poklesu napětí na celé sběrnici a zajištění definovaného stavu připojeného zařízení. Zjednodušeně řečeno stojí obvody hot-swap za prodloužením doby nabíjení řady kapacit, nacházejících se v připojeném zařízení. Na takto zapojeném, sériovém omezovacím obvodu však vzniká energetická ztráta, která se samozřejmě přeměňuje tepelnou energii.

Většina výrobců hot-swap obvodů ve své dokumentaci uvádí, že byste se měli řídit tzv. oblastí safe operating area (SOA = bezpečná oblast provozu). Tedy křivkou, vymezující oblast přetížení daného polovodičového prvku. Příklad SOA křivky je uveden na obr. 1 a ukazuje bezpečnou oblast energetické a výkonové ztráty na čipu daného prvku. Křivka však představuje pouze velmi konzervativní odhad uvedeného problému. Klíčovou podmínkou pro výkonové spínače MOSFET je, že teplota jejich polovodičového přechodu nesmí překročit maximální povolenou mez. Uvedené křivky však graficky přibližují skutečnost, že daný obvod zvládne i krátkodobé energetické přetížení, neboť je dostupná jistá tepelná kapacita čipu. Nám tyto informace mohou zároveň posloužit i při návrhu přesných teplotních modelů, více odpovídajících reálnému stavu.


Obr. 1: SOA MOSFET křivky přibližují schopnost pohlcování energie

V Power Tip 9 jsme si ověřili možnost ekvivalentní záměny systému odvodu tepelného výkonu jednoduchým elektrickým obvodem. Zároveň jsme si řekli, že mezi teplem a proudem, teplotou a napětím, stejně jako tepelným a elektrickým odporem je v obvodech přímá analogie. Nyní uvedenou myšlenku ještě rozšíříme a přidáme si k ní analogii mezi tepelnou a elektrickou kapacitou. Je-li do známého množství materiálu přidána určitá tepelná energie, dojde v něm v růstu teploty podle následujícího vzorce. Q zde představuje velikost energie,m hmotnost a c měrné teplo.

Přičemž velikost energie je funkcí integrace výkonu za čas:

Oba vzorce můžeme samozřejmě vyjádřit jediným společným vzorcem, definujícím nárůst tepelné energie:

V Tab. 1 je uveden přehled nejčastějších materiálů, jejich hustota a specifická tepelná kapacita. Uvedené hodnoty jsou potřeba pro modelování tepelných kapacit v hot-swap obvodech.

Materiál Specifická tepelná kapacita (J/(g*°C) Hustota (g/cm3)
Silikon 0.7 2.3
Tvářená měď 0.4 8
Hliník 0.9 2.7
Epoxid 1 1.4
Tab. 1: Fyzikální vlastnosti nejběžnějších materiálů

 

Tepelná kapacita je volena pouze odhadem z fyzické velikosti jednotlivých složek systému, který je modelován. Jinak závisí na objemu, hustotě a měrném tepelném odporu materiálu. S její pomocí je však možné vytvořit model, jako je uveden na obr. 2.

Uvedený model začíná vždy v levém horním rohu a to zdrojem proudu, který reprezentuje velikost tepla, dodaného do systému. Proud teče do obou čipů (Die), představujících tepelnou kapacitu a tepelný odpor. Od čipu proudí teplo dál do přechodu a následně i do pouzdra součástky. Odtud teplo putuje do montážní podložky a připojeného chladiče. Z něho se nakonec rozptyluje do okolního prostředí. Velikost napětí v celém obvodu představují velikosti nárůstu teploty nad výchozí hodnotu okolí.


Obr. 2: Analogický model odvodu tepla, reprezentovaný stejnosměrným proudem

Hrubý odhad velikosti tepelného odpory a tepelné kapacity je jednoduše proveditelný v celé uvedené síti. Tento model je schopen obsáhnout jak přechodné, tak i základní DC simulace a pomůže zajistit, aby v některém bodě nedocházelo k překračování publikovaných SOA křivek výrobců.

V příštím díle seriálu Power Tip budeme ještě v naší diskuzi o hot-swap prvcích pokračovat. Zaměříme se na některé z tepelných časových konstant v náhradním obvodu.

Pro více informací o tomto a dalších řešení napájení, navštivte adresu: www.ti.com/power-ca.

Autor: Robert Kollman, Texas Instruments







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk
Příbuzné články:
Power tipy I - Výběr správné pracovní frekvence spínaného zdroje
Power tipy II - Jak omezit vliv rušení zdroje
Power tipy III - Tlumení vstupního filtru - Díl 1 z 2
Power tipy IV - Tlumení vstupního filtru - Díl 2 z 2
Power tipy V - Záporné napětí ze snižujícího regulátoru
Power tipy VI - Správné měření napájecího zdroje
Power tipy VII - Efektivní napájení výkonových LED
Power tipy VIII - Omezení EMI technikou rozprostřeného spektra
Power tipy IX - Odhad nárůstu teploty výkonových součástek
Power tipy X - Přechodová odezva napájecího zdroje
Power tipy XI - Řešení ztrát v obvodu napájení
Power tipy XII - Maximalizování účinnosti napájecího zdroje
Power tipy XIII - Omezte ztráty v jádře indukčnosti
Power tipy XIV - Zdroj topologie SEPIC zajišťuje vyšší účinnost
Power tipy XV - Levný a výkonný budič LED
Power tipy XVI - Tlumení propustného měniče
Power tipy XVII - Komutační obvod u Flyback regulátoru
Power tipy XVIII - Jednoduché zlepšení stability regulátoru
Power tipy XIX - Snadné získání více záporných napětí
Power tipy XX - Parazitní rezonance v napájecím zdroji
Power tipy XXI - Hlídejte RMS proud kondenzátorů
Power tipy XXII - Vyhněte se častým problémům s chybovým zesilovačem
Power tipy XXIII - Zlepšení regulační odezvy zdroje - část 1
Power tipy XXIV - Převod paralelní impedance na sériovou
Power tipy XXV - Zlepšení regulační odezvy zdroje - část 2
Power tipy XXVI - Přenos vysokofrekvenční energie vodičem
Power tipy XXVII - Paralelní řazení napájecích zdrojů
Power tipy XXIIX - Krátkodobé zvýšení teploty v obvodech MOSFET - část 1
Power tipy XXIX - Krátkodobé zvýšení teploty v obvodech MOSFET - část 2
Power tipy XXX - Síťový zdroj s obyčejným obvodem
Power tipy XXXI - Poměr vnitřních odporů v synchronním regulátoru
Power tipy XXXII - Pozor na proudy v regulátorech SEPIC – část 1
Power tipy XXXIII - Pozor na proudy v regulátorech SEPIC – část 2
Power tipy XXXIV - Jednoduchý izolovaný napájecí zdroj
Power tipy XXXV - Omezení parazitní kapacity v transformátorech

Komentáře:
Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
RTL SDR-3+
Nová generace moderních, snadno použitelných RTL SDR přijímačů vychází z vynikajících vlastností obvodů R820T.
Skladem od 1490 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007