» » » Тестер теплоотводов

 
 
 

Тестер теплоотводов

📆12.05.17 🙋dsarotor 👀6 521 💬15

Ранее неоднократно на Датагоре встречался вопрос о том, какую мощность может рассеять некий конкретный теплоотвод. По-моему, теоретический расчет тепловых процессов весьма сложен и в полной мере подвластен только специалистам.

Нам, следовательно, к вопросу надо подойти практически. Нужен некий прибор, назовём его «Тестер теплоотводов», имеющий нагревательный элемент, выделяющий тепло за счет подводимой к нему мощности, значение которой можно устанавливать произвольным порядком.

Предлагаю читателям конструкцию такого прибора.
В качестве тепловыделяющего элемента, на мой взгляд, удобнее всего использовать мощный МОП-транзистор. Если при фиксированном напряжении «сток-исток» установить и поддерживать стабильным ток, протекающий через транзистор, то получим постоянную мощность, выделяемую на нем.
Если такой источник тепла установить на теплоотвод, то можно, по динамике нагрева этого теплоотвода, оценить его эффективность при данной мощности.

Функциональная схема прибора

Схема показана на рисунке 1.

Рисунок 1

На функциональной схеме показаны элементы, без которых обойтись невозможно — так сказать, необходимый минимум. Среди них вольтметр и амперметр. Хорошо, если источник питания имеет их в себе, в противном случае необходимо городить целую схему с паутиной соединительных проводов. Да и не факт, что у многих есть больше чем один тестер (мультиметр).

И тут я припоминаю, что какое-то время назад заказывал у китайцев пару модулей (рисунок 2), который выполняет одновременно функции вольтметра и амперметра и выводит результаты измерения тока и напряжения на два встроенных дисплея.

Рисунок 2

Цена этого девайса невысока. Они бывают с разными напряжениями и токами, мне попался приборчик на 30 Вольт и 10 Ампер, да ещё и с ответными частями разъемов в комплекте. Глупо было бы не воспользоваться таким подарком.

Учитывая возможности вольтамперметра, я сам себе определил технические характеристики прибора:
 — диапазон регулировки тока 0-3 А;
 — допустимый диапазон напряжений питания 10-30 В.

Выбранные значения токов и напряжений позволяют устанавливать мощность, выделяемую на транзисторе, в диапазоне от 0 Вт до 90 Вт, что мне кажется достаточным для большинства случаев.

Общая схема тестера радиаторов


Рисунок 3

Так появилась общая схема прибора (рисунок 3), в которую вошли:
1) вольтамперметр (А02);
2) плата регулятора-стабилизатора тока (А01) с потенциометром уставки тока R1;
3) нагревательный элемент, то есть мощный МДП-транзистор VT1 c разъемом XS1 типа HU-3 для подключения к прибору;
4) соединительные провода с клеммами для подключения к источнику питания.

В цепь питания PW+ желательно поставить предохранитель на 5 А, для защиты прибора от случайного перепутывания полярности напряжения. При аккуратном пользовании прибором можно обойтись и без него.

Я не указываю тип силового транзистора, т.к. можно использовать любой на ток не менее 3 А, рабочее напряжение не менее 30 В и мощностью рассеивания от 100 Вт.
Удобно иметь под рукой несколько транзисторов в разных корпусах, например ТО220, ТО247.

Резистор R2, установленный между затвором и истоком, защищает транзистор от повреждения статическим напряжением, когда соединитель XS1, отсоединен от прибора. Номинал резистора R2 может быть от 5 кОм до 50 кОм.

Переменный резистор R1 для уставки тока также может иметь сопротивление от 4,7 кОм до 22 кОм, на работе схемы прибора это не скажется.

Схема блока А01 регулятора-стабилизатора тока

Тестер теплоотводов
Рисунок 4


Если у вас есть источник питания со встроенным вольтметром и амперметром, то из схемы прибора (рисунок 3) можно исключить модуль А01 вольтамперметра вместе со всеми соединительными проводами и установить перемычку между точками 9 и 5 печатной платы.

Схема платы регулятора-стабилизатора тока приведена на рисунке 4.
В схеме используются в основном (кроме R9-R11 и DA1) электронные компоненты для поверхностного монтажа, под них разведена печатная плата. У меня есть много этого «гуталина», да и отверстий меньше сверлить. Конечно, можно применять и проводные элементы, но печать тогда надо переработать.
Перечень используемых деталей
C1, С3 0805×7R 0.1uF±10% 50V;
C2 10.0uF±10%, чип-танталовый электролит типоразмера «В»;
C4 0805 NP0 680pF±10% 50V;
DA1 LM358A (DIP-8);
DA2 TL431ADBZ (SOT-23-3);
R1 0805-10 Om ±5%;
R2…R4 0805-1 kOm±5%;
R5 0805-15 kOm±5%;
R6 0805-10 kOm±5%;
R7 0805-100 Om±5%;
R8 0805-1 kOm±5%;
R9…R11 MF-2-1 Om±5%;
XP1 WF-3R

К вопросу о возможной замене деталей могу сообщить, что используемый ОУ должен уметь работать при входных напряжениях близких 0 В и иметь допустимое напряжение питания не менее 30 В.
Соединитель XP1 может быть заменён на любой другой 3-х контактный с рабочим током не менее 3 А (не забывайте и о проводах).

Резистор R8 и конденсатор C4 выполняют коррекцию АЧХ ОУ LM358A для устранения возбуждения и при использовании ОУ другого типа, возможно, будет необходимо изменить номинал R8.

Резисторы токового шунта также могут иметь некоторое отклонение от указанных. При изменении номиналов этих резисторов необходимо учитывать мощность, выделяемую на них. Например, при уменьшении сопротивления шунта до 0,1 Ом, при токе 3 А, мощность на шунте будет 1 Вт, но при этом необходимо увеличить сопротивление резистора R5 до 47 кОм, чтобы сохранить верхний предел уставки тока на уровне 3 А.

Печатная плата прибора

В соответствии со схемой была разведена печатная плата в программе «Sprint Layout 6», на куске одностороннего стеклотекстолита размерами 50×40 мм.

Изготовил пару печатных плат, используя ЛУТ технологию. Испытал, устранил ошибки. Для устранения возбуждения чипа, номинал конденсатора С2 пришлось увеличить до 10 мкФ. Единственный имеющийся в наличии ОУ LM358А оказался дохлым. Нашёл ОУ OP293F от «Analog Devices» выпуска 90 годов прошлого века – зато в DIP корпусе. Он роскошен для этой схемы, но он у меня есть.

В качестве токового датчика использовал кусочек манганинового провода сопротивлением 0,1 Ом. Пришлось пересчитать номиналы резисторов R5 и R6. R6 выбрал номиналом 5,11 кОм, а R5 получился номиналом 39 кОм.

Таким образом, в прилагаемой разводке печатной платы учтены все выявленные мною замечания.

Собрал прибор в соответствии с общей схемой (рисунок 3), подключил к лабораторному источнику питания, имеющему и вольтметр и амперметр. Убедился, что всё работает, ток регулируется в диапазоне от 0 до 3 А, при изменении питающего напряжения от 7 В до 30 В. Установленный ток стоит «мертво».
Китайский вольтамперметр работает один в один с вольтамперметрами, установленными на ЛБП. Осталось посадить всё это в подходящую коробочку, например, в сетевую распредкоробку.

Ещё несколько фото




Прибор в корпусе:


В работе при разных значениях уставки тока:



Файлы

Исправленный чертёж ПП 🕗 02/05/17 ⚖️ 15,94 Kb ⇣ 28

Буду очень рад, если эта поделка кому-то пригодится в творчестве.
Спасибо за внимание!
Сергей (dsarotor)
г. Челябинск
Профиль dsarotor
1958 г.р. Всю сознательную жизнь по долгу службы проектирую какую-нибудь электронику.
Нравится! Особенно когда начинает работать не в принципе, а в корпусе.
 

Читательское голосование

Нравится

Статью одобрили 76 читателей.

Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.
 

Поделись с друзьями!

 

 

Связанные материалы

 

Схема на Датагоре. Новая статья Упрощенный тестер теплоотводов... Привет, друзья! Небольшое продолжение по мотивам комментариев к статье «Тестер теплоотводов». Я в...
Схема на Датагоре. Новая статья Измерения переменного напряжения звуковой частоты мультиметрами М-832... Вряд ли будет преувеличением сказать, что тестер семейства М-83х есть у каждого радиолюбителя....
Схема на Датагоре. Новая статья Лабораторный блок питания «Belarus 3A30» с защитой и коммутацией обмоток (0-30 V, 3 А)... Здравствуйте друзья. Позвольте представить вашему вниманию мой первый лабораторный блок питания. У...
Схема на Датагоре. Новая статья Прибор для проверки мощных IGBT и MOSFET транзисторов (n-канал)... Необходимость в таком приборе возникает каждый раз при ремонте сварочного инвертора – необходимо...
Схема на Датагоре. Новая статья Простой прибор для подбора пар мощных транзисторов... Предельно простое, но удобное устройство для подбора пар кремниевых транзисторов средней и большой...
Схема на Датагоре. Новая статья Простой активный фильтр для двухполосного усилителя... В статье речь пойдет об активном фильтре для двухполосного усилителя. Фильтр не нуждается в...
Схема на Датагоре. Новая статья Простой пробник-измеритель полевых JFET транзисторов... Вот уж не думал, что придется развлекаться с полевыми транзисторами. Когда транзисторы попали в...
Схема на Датагоре. Новая статья Портативный усилитель для головных телефонов RED-31 c 3V питанием... Перевод и адаптация: Игорь "Датагор" Котов, 2010г. Источник: redcircuits.com Высококачественный...
Схема на Датагоре. Новая статья Тестер быстрого приготовления для проверки компьютерных БП... Прибор предназначен для быстрой проверки (предпродажной, скажем) блоков питания формата АТХ (BTX) и...
Схема на Датагоре. Новая статья RMS-вольтметр на микроконтроллере ATMEGA8... Срочно понадобился RMS вольтметр. Облепил контроллер схемой. Решил сделать блок питания...
Схема на Датагоре. Новая статья Предпоследний Дзен Нельсона Пасса. Усилитель класса "А" (Nelson Pass PENULTIMATE ZEN)... Впервые по русски! Усилитель «PENULTIMATE ZEN» Автор Нельсон Пасс (Nelson Pass) Уважаемые...
Схема на Датагоре. Новая статья Девятый Дзен Нельсона Пасса. Усилитель класса "А" (Nelson Pass Zen 9)... Впервые по русски! Усилитель «ZEN 9» Автор Нельсон Пасс (Nelson Pass) ВведениеПри создании...
 

Общаемся по статье 💬

«Тестер теплоотводов»

Комментарии, вопросы, ответы, дополнения, отзывы

 

<

geldiev

Че Гевара Гельдиев Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 1 от 12-05-17, 19:59.
Ответить
  • С нами с 6.04.2015
  • 50 комментариев
  • 0 публикаций
 
Большое спасибо! отличная работа. Просится еще термометр в этот же комплекс, но по факту может удобнее тестером температуру мерить.

<

EVA

Евгений Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 2 от 13-05-17, 14:11.
Ответить
  • С нами с 8.08.2015
  • 54 комментария
  • 5 публикаций
 
Конструкторы чаще выдумывают, чем рассчитывают, какую площадь должен иметь теплоотвод. Из-за этого либо сгорают транзисторы, либо теплоотводы получаются более громоздкими.
Есть такой параметр, как тепловое сопротивление.
Он показывает, на сколько градусов нагревается объект, если в нем выделяется мощность 1 Вт. К сожалению, в справочниках по транзисторам такой параметр приводится редко.
Например, для транзистора в корпусе Т0-5 тепловое сопротивление равно 220°С на 1 Вт. Это означает, что если в транзисторе выделяется 1 Вт мощности, то он нагреется на 220°С. Если допускать нагрев не более чем до 100°С, например, на 80°С относительно комнатной температуры, то получим, что на транзисторе должно выделяться не более 80/220 = 0,36 Вт. В дальнейшем будем считать допустимым нагрев транзистора или тиристора не более, чем на 80°С.
Существует грубая формула для расчета теплового сопротивления теплоотвода
Q = 50/√S (°С/Вт), (1)
где S - площадь поверхности теплоотвода, выраженная в квадратных сантиметрах. Отсюда площадь поверхности можно рассчитать по формуле

S = (50/Q)2 (см2) ( 2 )

Рассмотрим в качестве примера расчет теплового сопротивления теплоотвода S=2880 см2.
По формуле (1) рассчитываем Q=0,93°C/Bт. При допустимом нагреве на 80°С получаем мощность рассеяния 80/0,93 = 90 Вт.

Теперь проведем обратный расчет.
Предположим, нужен блок питания с выходным напряжением 12 В и током 10 А. После выпрямителя имеем 17 В, следовательно, падение напряжения на транзисторе составляет 5 В, а значит, мощность на нем 50 Вт. При допустимом нагреве на 80°С получим требуемое тепловое сопротивление Q=80/50=1,б°С/Вт. Тогда по формуле (2) определим S= 1000 см2.

это расчет если теплоотвод не обдувается вентилятором.

вроде доступно написал.

<

al Ex

Александр Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 3 от 13-05-17, 20:52.
Ответить
  • С нами с 13.12.2009
  • 116 комментариев
  • 0 публикаций
 
Конечно. это оригинальный и в некоторых случаях незаменимый прибор, но непонятно как

можно, по динамике нагрева этого теплоотвода, оценить его эффективность при данной мощности


то есть имеем конкретный транзистор в определенном четко заданном режиме, имеем подходящий на наш взгляд радиатор то есть теплоотвод...
А как "оценить эффективность"?
Боюсь спросить-наощупь?
Или я что-то недопонял?

<

Datagor

Игорь Котов Читатель Датагора
  • Главный редактор
Комментарий # 4 от 14-05-17, 8:36.
Ответить
  • С нами с 26.02.2006
  • 2 214 комментариев
  • 273 публикации
 
Цитата: al Ex
Боюсь спросить-наощупь?

Ага. Или термометром.

<

dsarotor

Сергей Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 5 от 15-05-17, 11:20.
Ответить
  • С нами с 5.08.2016
  • 21 комментарий
  • 9 публикаций
 
Боюсь спросить-наощупь?
Или я что-то недопонял?

Когда начинаешь что-нибудь конструировать, то, как правило, сначала обдумываешь проект и делаешь предварительные оценочные расчеты. В результате получаешь потребляемую мощность, и раскладку мощностей по узлам (каскадам) устройства.

Заглядываешь в "кубышку", находишь N-ное количество радиаторов и начинаешь чесать затылок в раздумьях, а какой из них точно тебе подойдет.
Можно
1) выбрать заведомо избыточный по эффективности, площади и т.п., а можно
2) "пошкурничать" и надеясь на русский авось, взять такой который "точно должен подойти".

В обоих случаях имеешь убытки: в первом только деньги и размер, во втором еще и потерянное время на разработку конструкции, которая не будет работать надежно.
Не проще практически проверить правильность выбора теплоотвода? Для этого и поможет эта разработка.

Температуру можно определить с помощью термометра, как заметили Че Гевара и Датагор, используя, например, мультиметр с термопарой, а можно и тактильно, ручками. Мне на своем опыте фотолюбительства еще со времен СССР известно, что рука не держит долго раствор (проявитель, закрепитель) с температурой выше 55-60 градусов Цельсия.

Почему бы не сделать более сложное устройство, например, с использованием микроконтроллера с цифровым термодатчиком? Я с какого-то периода своей жизни стараюсь руководствоваться принципом бритвы Оккама: «Не следует множить сущности без необходимости». Иначе: если можно сделать проще, не надо делать сложно.

EVA,
Согласен. Для первого приближения годится. Но я еще со школьных времен по справочникам начинающего радиолюбителя разных авторов помню, что пластина толщиной менее 2-3 мм работает одной стороной, эффективность теплоотвода зависит от его формы и т.п., т.е. в Ваши формулы необходимо вводить поправочные коэффициенты. Да и расчет не отменяет практической проверки достаточности и эффективности.

<

andrew_spb

Андрей Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 6 от 01-06-17, 12:36.
Ответить
  • С нами с 21.02.2009
  • 131 комментарий
  • 2 публикации
 
В старом справочнике Малинина приводилась величина 10 кв см на ватт при комнатной температуре без активного обдува. Это совпадает с расчетом Евгения. НО! В корпусе температура всегда выше комнатной, значит площадь радиатора должна расти... и причем - эффективная площадь - т.е. не пластина, а нечто "ершистое" - самое эффективное - штыревой черненый... Если вспомнить радиаторы процессоров - то там (775 сок) 800 квадрат с активным охлаждением на примерно 95-100Вт. Воздух в корпусе считают за 50С.

<

dsarotor

Сергей Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 7 от 01-06-17, 12:48.
Ответить
  • С нами с 5.08.2016
  • 21 комментарий
  • 9 публикаций
 
andrew_spb,
И я примерно об этом. А если есть обдув вентилятором, то картина резко меняется, можно снять бОльшую мощность при заданном перегреве. Если теплоотвод из конструктивных соображений стоит где нибудь в труднодоступном месте с нулевой или близкой к тому конвекцией опять без практической проверки не обойтись!
Да тут и спорить особо не о чем, любой разумный подход к подбору теплоотвода годится.

<

Kurenkov60

Читатель Датагора
  • Прохожий
Комментарий # 8 от 03-11-17, 21:36.
Ответить
  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
Всё время доверял на ощупь. Этот прибор нужен для определения мощности рассеяния уже внутри корпуса собранной конструкции с закрытой крышкой. Там свои воздушные потоки. Вы молодец. Но я просто для себя поленился бы такое делать. Обошёлся бы измерением температуры. Это больше подходит технологам производства. Искать наилучшую и оптимальную форму радиатора охлаждения например для естественной циркуляции. Не всё зависит от поверхности охлаждения, ещё есть сопротивление воздуха как он радиатор обтекает.

<

dsarotor

Сергей Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 9 от 07-11-17, 7:35.
Ответить
  • С нами с 5.08.2016
  • 21 комментарий
  • 9 публикаций
 
Для меня с чего всё началось? Нигде ведь не написано, какую мощность рассеивает теплоотвод, в лучшем случае известна его площадь или тепловое сопротивление в открытом воздухе. Вот и получается, что теплоотвод приходится выбирать интуитивно, и, для домашних поделок, чаще из того что есть. Я несколько раз «пролетел» в оценке возможности отвода тепла конкретного радиатора для конкретных конструкций, приходилось переделывать уже готовое устройство. Этот тестер помогает оценить возможности любой «железяки» по отводу тепла до того как мы её решили засунуть в конкретную конструкцию. Конечно, пользоваться им приходится нечасто, но и приборчик несложный, согласитесь?

<

Vlad41

Владимир Читатель Датагора
  • Меценат
Комментарий # 10 от 28-11-17, 6:49.
Ответить
  • С нами с 2.06.2014
  • 17 комментариев
  • 0 публикаций
 
Не сложно (и не дорого) дополнить этот прибор китайским термометром. У меня где-то валяется такой термометр с ЖКИ-индикатором, с выносным датчиком, в корпусе подобном примененному автором Вольт-амперметру.


Берешь конкретный корпус, вгоняешь на предполагаемое место установки радиатор и... "нажми на кнопку - получишь результат". Можно проверить и эффективность работы конкретного кулера, уточнить место его установки...
В общем, возьму данную разработку на заметку. В хозяйстве пригодится. :yahoo:

<

dsarotor

Сергей Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 11 от 28-11-17, 7:03.
Ответить
  • С нами с 5.08.2016
  • 21 комментарий
  • 9 публикаций
 
А у меня в тестере термопара. Поэтому необходимость интегрирования градусника в конструкцию была не актуальна. Вот до чего руки не дошли, так это транзистор в другом корпусе типа ТО-220 или ТО-126. Как то необходимости не было. И еще потому, что эти дополнительные транзисторы с проводами, живущие отдельной жизнью, имеют свойство прятаться со временем в других проводах wink

<

Александр

Читатель Датагора
  • Прохожий
Комментарий # 12 от 11-01-18, 8:37.
Ответить
  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
Несколько лет назад я тоже задался таким вопросом. Правда в качестве нагревателя использовал резистор в корпусе транзисторном. Задавал нужную температуру на подложке нагревателя и измерял подводимую мощность.

Таким образом оценивал мощность рассеивания радиатора при которой электронный прибор (диод, транзистор, светодиод) не перегревался выше заданной температуры (что влияет на долговечность работы конечных устройств) с контрольных цифровых датчиков Мегой16 писал динамику процесса во времени.

Прибор позволял измерять мощность рассеивания радиаторами от 0.5 до 100 ватт при температуре на подошве радиатора до 100 градусов.

<

dsarotor

Сергей Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 13 от 12-01-18, 13:31.
Ответить
  • С нами с 5.08.2016
  • 21 комментарий
  • 9 публикаций
 
Александр,
Красиво, конечно. Несколько сложнее получается, т.к. добавляется термометр с аналоговым или цифровым выходом, как вы написали, контроллер с программой, которую еще надо написать и отладить, возможно с дисплеем для индикации температуры, добавить какие-то органы управления для возможности уставки желаемой температуры, обеспечить все это чудо питанием.
А в итоге получаем ту-же мощность.

Все-таки, по моему, мощность здесь первична. Хотя, наверное, можно обосновать необходимость именно вашего подхода.

А свой тестер я собрал за выходной, что совсем и не плохо. Цель была не в процессе творческого подхода а в результате: дешево и выполняет поставленную задачу.

<

Datagor

Игорь Котов Читатель Датагора
  • Главный редактор
Комментарий # 14 от 12-01-18, 15:33.
Ответить
  • С нами с 26.02.2006
  • 2 214 комментариев
  • 273 публикации
 
Цитата dsarotor
свой тестер я собрал за выходной, что совсем и не плохо. Цель была не в процессе творческого подхода а в результате: дешево и выполняет поставленную задачу.

Аминь! thumbup

<

Datagor

Игорь Котов Читатель Датагора
  • Главный редактор
Комментарий # 15 от 20-02-18, 6:43.
Ответить
  • С нами с 26.02.2006
  • 2 214 комментариев
  • 273 публикации
 

Добавить комментарий, вопрос, отзыв 💬

Камрады, будьте корректны и вежливы, соблюдайте правила!


Налетай! Паяльники, станции, жала с доставкой

Офигенная миниатюрная рация на литии BaoFeng UV-5R, 5W, 5-15 км!

Тестер универсальный LCR-TC1 для транзисторов, конденсаторов, ESR, MOSFET и т.д.
  • smilelolhellowinkscepticthumbupbored
    crazybadcryingsadirefulsickstraight
    ballooncakegooddrinksmailbombsun
    nightrainstarscolddashpartyhandshake
    musicnegativenowordspardonshoksleepunknown
    wackoyawnsainthelmethashsmokingwhew


Скопируйте текст вашего комментария на случай неверного ответа на контрольный вопрос.