Koelplaat of niet nodig?

Hallo,

Is er misschien iemand die aan de hand van deze case een schematische voorstelling kan maken van het warmte circuit?

In een boek getiteld "wat een engineer niet op school leert" -dat heel erg summier is voor zijn titel- wordt de thermische benadering opgedeeld in weerstanden (warmtegeleiding) en condensatoren (warmte opslag).

Als iemand deze kunst verstaat denk ik dat er een eenvoudige berekening uit volgt die voor meerdere projecten hadig kan zijn...

@prutser: nou ja, de natte vinger berekening voor de warmtecapaciteit vind je eerder in dit topic. De warmte weerstand van een TO220 naar 'ambient' vind je in de datasheet. De weerstand tussen junction en case laten we maar ff achterwege. Die is alleen van belang als de boel echt op z'n tenen loopt - en met een 'piek' al helemaal niet, want de junction heeft 'geen' massa en daarmee dus ook geen warmtecapaciteit...

@REW: op zich een aardig idee, in de datasheet van de BDX34 zie je de "pulsed" lijnen van de SOA grafiek. Als je daar afleest dat je 20A mag doen bij -9V voor 5ms, is dat 0.9J. Nu verwacht ik dat dat de energie is die je in de junctie zelf mag dumpen, want binnen 5ms zal de tab van die TO-220 nog niet egaal warm zijn, lijkt me.

Tegelijk zegt dezelfde grafiek dat je 0.55A bij 50V voor onbepaalde tijd mag volhouden, dat is 27.5W, mits je die warmte afvoert, en daarbij moet je nog rekening houden met de derating boven de 25C case temperature.

Dit alles geeft je geen informatie over de thermische capaciteit, daarvoor zou je een thermokoppel op de behuizing kunnen plakken, het geheel goed inpakken in isolerend materiaal (keukenrol lijkt me prima), en dan ofwel een puls van een bekende energie erin steken en kijken wat de temperatuur van de koelplaat wordt, of er DC een klein vermogen in steken en kijken hoe lang het duurt voordat hij een bepaalde temperatuurstijging heeft doorlopen.

@SuperPrutser: dat heb ik wel vaker gedaan, en op dezelfde manier kun je mechanische oscillaties e.d. analyseren, maar het lastige is dat je daarvoor wat parameters nodig hebt (thermische geleiding, warmtecapaciteit, etc.) die best lastig zijn om goed te bepalen.

Vanaf de junctie: die heeft een heel kleine warmtecapaciteit en een maximale temperatuur. Die is via een isolatiewaarde verbonden met de behuizing/koeloppervlak van de transistor. Die heeft ook een warmtecapaciteit. En dan de thermische weerstand naar het koelblok, met ook weer een warmtecapaciteit. En dat koelblok is weer een thermische weerstand naar de omgevingstemperatuur (ambient).

De SOAR curve bevat volgens mij de benodigde informatie. De TS kan met zijn energie misschien de junctie opblazen omdat de warmtecapaciteit dat niet aan kan.

Simulatie: inderdaad een C-R-C-R-C-R naar ambient.

Edit: SparkyGSX zegt het al. Ik heb ooit via de V_be met 10 uA meetstroom (en 2,3 mV/grd) de temperatuur van de junctie en, na een extra dissipatiepuls, de thermische tijdconstante van een BFR96 junctie gemeten. En ik meen dat het minder dan een milliseconde was.

Op 23 november 2022 08:53:38 schreef fatbeard:
Dit circuit knijpt de stroombron (draadje boven/rechts) zo'n 40ms na het verdwijnen van de AC input af en houdt hem afgeknepen voor zo'n 8 seconden (of zolang er stroom in C2 zit).
De discharge assistance activeert een optocoupler op het power-deel, de return loopt via de -8.2V.

Inmiddels is de brugcel vervangen door 4 stuks BAT86S, om net wat meer marge te hebben.

Ik vind het een 'raar' schema en ik begrijp hem dus ook niet. Werkt het?
In mijn simulatie zie ik dat T1 met een frequentie van 100Hz in- en uitgeschakeld wordt. In de inschakeltoestand trekt T1 een stroom van ruim een half ampere als ik hem belast met 25Ω.

V(n007) is de gatespanning van T1.

Dan heb je toch een fout gemaakt in de simulatie: waar jij die weerstand van 25Ω hebt zitten zit de (6mA) stroombron.
En 50Ω is een veeeeel zwaardere belasting dan in werkelijkheid: er wordt nog geen 30mA uit deze voeding getrokken, het is per slot van rekening de referentie-voeding. Die 820uF had daarvoor wel een indicatie kunnen zijn...

De discharge assistant heeft een high-side powerswitch (de P-FET) en schakelt maar een paar mA (voor een optocoupler) naar de negatieve rail.
De andere kant van de optocoupler doet het 'vuile' werk door een powertor aan te sturen die de buffer van de hoofdvoeding leegtrekt.

Op 23 november 2022 21:46:45 schreef fatbeard:
Dan heb je toch een fout gemaakt in de simulatie:

Klopt! Ik heb de verkeerde dioden gepakt. Met andere dioden werkt hij beter. De BAT41 zit er jammer genoeg niet tussen. Ik probeerde de schakeling rond de gates van T1/T4 te begrijpen.
De schakeling werkt en daar gaat het om.

[Bericht gewijzigd door ohm pi op woensdag 23 november 2022 22:29:01 (18%)

Het idee is dat C15 wordt geladen tot de negatieve piekwaarde (zo'n 18V) via D2, D3 en Z3. Op het moment dat de netspanning wordt uitgeschakeld komt de bovenkant van C15 via D2, D3 en de transformator aan GND te liggen en drukt zo een positieve spanning op de gates van T1 en T4.
Die wordt begrensd door Z3, C17 zorgt voor een kleine vertraging in het openen van T1/T4.
Omdat het ontladen van C15 met alleen de lekstroom van Z3 wel erg lang duurt is R16 opgenomen.

T1 clampt de 6mA stroombron (gevoed uit de positieve tak, C2) naar GND en voorkomt zo dat er rare dingen uit de voeding komen. T4 schakelt de P-FET in, die een opto bedient (die 1k is inmiddels 10k) waarmee de powertrap voor het eigenlijke ontladen van 'de grote buffer elko' wordt gestuurd.

Op 23 november 2022 22:41:44 schreef fatbeard:
...
Op het moment dat de netspanning wordt uitgeschakeld komt de bovenkant van C15 via D2, D3 en de transformator aan GND te liggen en drukt zo een positieve spanning op de gates van T1 en T4...

Ik begin je schakeling te begrijpen, maar nu zit bij mij hier de pijn. De dioden D2 en D3 komen in geleidende toestand als de netspanning aanwezig is en laadt C15 op tot -18V (eigenlijk -18V2 Volt). Maar als de netspanning wegvalt, dan zijn alle twee de dioden in sperrende toestand, want de kathoden staan op nul Volt en de anoden op -18V. Toch werkt het. Ik heb vaag het idee dat de schakeling goed werkt door de lekstromen in spertoestand van D2 en D3.
Eigenlijk is het vage vermoeden wel weg. Soldeer maar eens 10MΩ weerstanden parallel aan de dioden D2 en D3. Dan doet je schakeling het niet meer. Verhoog je C17 naar bijvoorbeeld 10 of 22nF, dan doet je schakeling het weer. In je huidige schema kan je geen willekeurige dioden pakken. Dat gaat fout. C7 samen met de lekstromen van de dioden D2 en D3 bepalen de vertragingstijd na wegvallen netspanning.
Voor de LTspice-bezitters, hier de files

V(n001) is de 18V voedingsspanning die op sec 0,5 wegvalt en op sec 1,5 terugkeert. V(n009) is de spanning op de gate van de mosfet. V(n011) is de spanning op knooppunt van de anoden D2 en D3.
Ik zie ook dat je schakeling op 2x 9V werkt ipv 2x 18V

Zo ziet het er bij mij uit...

[edit]
Je kunt niet klakkeloos elke FET gebruiken, een te lage gate threshold (die van de 2N7002 in de database is 1.3V) laat de schakeling ook falen, dan moet C17 ook groter.
En de diodes moeten een lage lek hebben. Met bijv. een MBR560 werkt het niet meer.

[Bericht gewijzigd door fatbeard op donderdag 24 november 2022 01:26:11 (82%)

Op 24 november 2022 00:48:25 schreef fatbeard:
Met bijv. een MBR560 werkt het niet meer.

Maar wel als je C7 voldoende groot maakt.
(Ik hou niet van schakelingen die op parasitaire eigenschappen lopen.)

Ik post een LTspice-file met een mogelijke oplossing tegen die parasitaire eigenschappen.

Misschien is er wel een IC´tje op de markt die de netspanning in de gaten houdt. Computers moeten tenslotte ook veilig uitschakelen als de netspanning weggevallen is.

[Bericht gewijzigd door ohm pi op donderdag 24 november 2022 02:40:45 (19%)

Afsluitertje

Tijdens normaal bedrijf is de gatespanning negatief (-4V) en wordt positief na wegvallen van de netspanning.
C3 hoeft niet ontladen te worden. C3 fungeert idealiter als een vaste spanningsbron en kan theoretisch vervangen worden door een batterij van de juiste spanning.
C4 samen met R5 vormen een RC-tijd die bepaalt wanneer de mosfet ingrijpt na spanningsuitval.

[Bericht gewijzigd door ohm pi op donderdag 24 november 2022 18:57:18 (12%)