» » » Тестер теплоотводов

 
 
 
5

Тестер теплоотводов

Разместил dsarotor 12 мая 2017. Просмотров: 1 609


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 | Файл 15,94 Kb загружен 8 раз.

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.
 

Понравилось? Палец вверх!

  • всего лайков: 62

Поделись с друзьями!

Связанные материалы:


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. ...
Схема на Датагоре. Новая статья Ремонт гитарного процессора Zoom G2.1 после перенапряжения 12V... У моего товарища-музыканта есть гитарный процессор Zoom. Блок питания у него внешний. Однажды...
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 Сделай сам 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...
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 Сделай сам RMS-вольтметр на микроконтроллере ATMEGA8... Срочно понадобился RMS вольтметр. Облепил контроллер схемой: Решил сделать блок питания...
Схема на Датагоре. Новая статья Простые импульсные блоки питания... Несколько раз меня выручали блоки питания, схемы которых стали уже класическими, оставаясь простыми...
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...
<
  • Подписчик
12 мая 2017 19:59

Че Гевара Гельдиев / geldiev

Цитата
  • С нами с 6.04.2015
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 37 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • +1
Большое спасибо! отличная работа. Просится еще термометр в этот же комплекс, но по факту может удобнее тестером температуру мерить.

<
  • Гражданин
13 мая 2017 14:11

Евгений / EVA

Цитата
  • С нами с 8.08.2015
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 28 комментариев
  • 4 публикации
 
  • +3
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.

<
  • Гражданин
13 мая 2017 20:52

Александр / al Ex

Цитата
  • С нами с 13.12.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 114 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
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?

<
  • Главный редактор
14 мая 2017 08:36

Игорь Петрович Котов / Datagor

Цитата
  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 649 комментариев
  • 261 публикация
 
  • +2
Цитата: al Ex
Боюсь спросить-наощупь?

Ага. Или термометром.

<
  • Кандидат
15 мая 2017 11:20

Сергей / dsarotor

Цитата
  • С нами с 5.08.2016
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 2 комментария
  • 6 публикаций
 
  • 0
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.

Добавление комментария


Налетай! Паяльники, станции, жала с доставкой
  • smilelolbyewinkyahoocoollaughing
    crazybadcryingsadirefulsickstraight
    ballooncakegooddrinksmailbombsun
    nightrainstarscolddashguitar-manhandshake
    musicnegativenopardonshoksleepunknown
    wackoyawnblushbullyhashsmokingwhew
Скопируйте текст вашего комментария на случай неверного ответа на контрольный вопрос.