. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Power tipy XXIX - Krátkodobé zvýšení teploty v obvodech MOSFET - část 2

Power tipy XXIX - Krátkodobé zvýšení teploty v obvodech MOSFET - část 2

Dokončení minulého Power Tipu, zaměřujícího se na přiblížení jednoduché metody určení rychlého nárůstu teploty na čipu MOSFET tranzistorů. Tato informace je pro nás důležitá především v obvodech typu hot-swap.

Dnes navážeme na téma jednoduché metody odvodu tepla z hot-swap spínačů typu MOSFET. V minulém díle seriálu Power Tipů jsme si ukázali jednoduchý způsob řešení pomocí náhradního elektrického obvodu s odpory a kondenzátory. Popsali jsme si jeho analogii k systému odvodu tepla a na základě fyzikálních vlastností materiálů jednotlivých prvků jsme si stanovili tepelný odpor a tepelnou kapacitu. Výsledkem byla velikost napětí v jednotlivých bodech systému, odpovídající daným teplotám.

Dnes provedeme bližší srovnání teplotního modelu přechodových charakteristik z obr. 1 s křivkou „bezpečného provozního stavu“, tzv. křivkou SOA, uvedenou na obr. 3.


Obr. 1: Analogický elektrický obvod s tepelnými kapacitami

Hodnoty na obr. 1 jsou určeny na základě fyzikálních vlastností tranzistoru MOSFET typu CSD17312Q5 od TI. Dále jeho pouzdra a vlastností desky s plošnými spoji (PWB), na které je tranzistor osazen. Hlavní body systému jsou pro lepší orientaci barevně zvýrazněny. Tepelný odpor přechodu z desky s plošnými spoji do okolí (105°C/W) je zde nejnižší cestou energie do okolního prostředí a definuje tak přípustné mezní rozptýlení celého obvodu. Stanovení 100 °C jako maximální teploty desky znamená, že přípustné konstantní rozptýlení v obvodu tranzistoru je pouhý 1 W. Zároveň je však třeba počítat s 10s konstantou, neboť minimálně tak dlouho trvá přenos tepelné energie z čipu na desku. Z toho nám ale vyplývá jedna velice zásadní skutečnost. Krátké energetické špičky, nacházející se právě v hot-swap obvodech, musí obvod zvládnout sám. Během krátkého pulsu se většina z vyprodukované energie nachází na samotném čipu polovodičového prvku, případně v menší míře na jeho pouzdru. Snadno odhadnout, kolik energie lze v samotném čipu pojmout je možné pouze za předpokladu, že se v něm bude nacházet veškerá (špičkově) vyprodukovaná energie. V tom případě lze rovnici (dV = I * dt / C) použít pro výpočet I. Pokud do rovnice dosadíme naše hodnoty, získáme I = dV * C / dt = 100 °C * 0.013F / 1ms = 1300 W(!), což je v souladu s křivkami SOA na obr. 3.

Výsledek simulace obvodu z obr. 1, včetně odezvy v podobě hodnoty napětí, je uveden na obr. 2. Při simulaci bylo počítáno s 80 W ztrátového výkonu a proměnnou časovou konstantou, jak je z grafu zřejmé. Zelená křivka představuje teplotu polovodičového čipu. Ta, na rozdíl od teploty desky s plošnými spoji (modrá křivka), dosáhne konstantní hodnoty mnohem rychleji. Rovněž si všimněte, že mírně zpožděná je i červená křivka, představující teplotu pouzdra. Na rozdíl od nich má teplota na desce s plošnými spoji téměř lineární náběh, neboť většinu tepelné energie pojme svou kapacitou.


Obr. 2: Tři průběhy reprezentují přechod tepelné energie od čipu do desky s plošnými spoji

Dále byla provedena simulace pro ověření přesnosti navrženého modelu. Jednotlivé výsledky jsou uvedeny na obr. 3 v podobě červených značek pro každou jednotlivou simulaci zvlášť. Pokus spočíval v zatížení obvodu pevným výkonem (proudem) a v měření úbytku napětí na čipu. Tím jsme získali velice přesnou informaci o jeho teplotě. Vše samozřejmě po odpovídajících krocích.

Jak je z obr. 3 vidět, model na SOA křivce kopíruje mezní hodnoty velice přesně. Z toho plyne, že je uvedený model velice dobře použitelný a při zadání konkrétních parametrů chladiče a desky s plošnými spoji poskytuje přesné výsledky. Data na křivce SOA jsou platné pro minimální velikost PCB a bez připojeného chladiče. Na základě získaných hodnot je možné dále upravit velikost desky pro změnu tepelného odporu do okolního prostředí, nebo zvýšit množství mědi pro lepší odvod tepla od pouzdra výkonového prvku. Zvýšením mědi se rovněž docílí vyšší tepelné kapacity.


Obr. 3: Simulace teplotního modelu velice přesně kopíruje mezní křivky tranzistoru MOSFET typu CSD17312 SOA od TI

Nezapomeňte na Power Tip i příští týden, kdy si představíme jednoduchou konstrukci síťového napájecího zdroje.

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:
Anténa 2J020 - 900/1800/2400MHz
Anténa 900/1800/2400MHz, přímá s konektorem SMA.
Skladem od 83 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