Temperaturi etaje finale

[matzah]

Chiar asa... la modul general. Daca luam spre exemplu un tranzistor, sa zicem alde 2SC5200 si presupunand capsula acestuia, cam ce temperaturi ar fi considerabile maxim acceptabile pentru functionare sigura? Respectiv cam care este corelatia intre temperatura capsulei si cea a pastilei de siliciu din interior? 

De ce intreb? .. Luam cazul unui amplificator la care lucrez... Avem o carcasa 1U, ingusta deci, in care avem indesate 2 ampuri a cate 200W in 8 ohmi (suporta functionare si in 4 ohmi ... si ocazional vede si asa ceva). Astea sunt alimentate dintr-un SMPS existent in aceasi carcasa. Ampurile sunt clasa AB . Chestia asta e folosita atat in conditii de casa (puteri mici - pana in 2x30W) cat si tavaleli ocazionale. 

Racirea o fac, evident, activ (nu incap cine stie ce radiatoare in carcasa asta). Dar presupunand ca tragem cate 300W in 4 ohmi pe canal, e lesne de inchipuit ce e in carcasa aia. Asa ca folosesc pentru racire urmatoarele : 

Senzori digitali ds18b20, cuplati pe un bus comun. Fiecare amplificator are un astfel de senzor, smps-ul are cate unul pentru miez si radiator . Evident astea toate citesc temperaturile. 

Fiecare amplificator (finalii sunt in linie) are intr-un capat un ventilator tip turbina, flux cam 23m^3/h ce aspira aer din afara carcasei si-l sufla prin radiator/peste finali.

In capatul celalalt se afla 2 ventilatoare "normale" de 38mm de flux mare (cate 21m^3/h bucata), astea aspira aer din carcasa si-l arunca afara. 

 

Toate chestiile astea pot fi comandate individual (un arduino aflat si el pe acolo). Ventilatoarele functioneaza doar in regim on/off, fara PWM fara alte chestii. 

La acest moment bibilesc softul ce comanda toate chestiile astea. 

 

Intrebarile simple: 

Cam ce praguri ar fi acceptate pentru pornit oprit ventilatoare in asa fel cat sa fie un compromis bun intre galagie ventilatoare si siguranta amplificator? 

 

Designul actual arata cam asa (temperaturile sunt citite la suprafata capsulei tranzistorilor finali): 

- Sub 40 grade - toate ventilatoarele OFF. 

- 50 grade - pleaca turbina ce sufla aer. Daca reuseste sa raceasca ea singura si coboara temperatura sub 40 grade - se opreste ulterior. 

- 60 grade - daca in schimb temperatura ajunge aici - pleaca si cele 2 ventilatoare din capatul celalalt (astea fac cea mai multa galagie). 

- 70 grade - daca se depaseste valoarea asta, partea de comanda taie alimentarea SMPS-ului, tine ventilatoarele pornite timp de 5 minute, reverifica temperaturile si apoi reporneste SMPS-ul. 

 

Informativ la SMPS treaba merge cam asa: 

 

- Miez sub 45 grade - ventilator OFF (are un ventilator tip turbina mai micut gen laptop, ce aspira miezul toroidal) 

- Miez peste 45 grade - pleaca acest ventilator. 

- Miez peste 70 grade - SMPS se inchide. 

 

Exista senzori si pentru radiatorul SMPS-ului (mosfeti, punte, diode secundar etc) - astea nu se incalzesc cine stie ce mult. in acest caz, la peste 70 grade - iarasi shutdown. 

 

Sunt ok aceste praguri/progresii? 

Mentionez ca racirea si comanda ei sunt alimentate complet separat pentru redundanta fata de partea de putere. Fluxul de aer dezvoltat de intreg sistemul este cam de 120m^3/h . Ca fapt divers, cam de asta e nevoie daca incerci sa racesti o clasa AB de genul asta de puteri in 1U. 

 

 

 

 

 

 

[franzm]

Daca tot puneti arduino, atunci introduceti si gradientul în ecuatie.

Nu-i musai sa opriti alimentarea, e suficient ca în prima faza sa taiati semnalul.

[cristi7521]

1 hour ago, matzah said:

Chiar asa... la modul general. Daca luam spre exemplu un tranzistor, sa zicem alde 2SC5200 si presupunand capsula acestuia, cam ce temperaturi ar fi considerabile maxim acceptabile pentru functionare sigura? Respectiv cam care este corelatia intre temperatura capsulei si cea a pastilei de siliciu din interior? 

Gasesti un exemplu de calcul in topicul lui Marian cu sarcina activa

 

[matzah]

54 minutes ago, franzm said:

Daca tot puneti arduino, atunci introduceti si gradientul în ecuatie.

Nu-i musai sa opriti alimentarea, e suficient ca în prima faza sa taiati semnalul.

E adevarat, insa odata cu alimentarea tai "raul" de la radacina in caz ca.. nu stiu, nu e o problema de semnal excesiv intrare ci inclusiv posibile avarii ale amplificatorului etc. Plus ca deja aveam pe cablaj relee si ce mai trebuie pe circuitul de alimentare. 

@cristi7521 aici am vazut ca unele opinii difera.. Marian considera 80 grade ca fiind prea mult la nivel de capsula, unii merg pana la 90, altii la 70.. Datasheetul zice ca absolut maxim, jonctiunea suporta 150 grade (nu stiu cum se coreleaza la nivel de capsula) dar totodata zice ca odata cu temperaturi crescute creste riscul de potentiale defectiuni etc. 

Nu e o problema de calcul aici, ci doar .. empiric, cat de mult inseamna "prea mult" ca sa-i zic asa... 

 

[Shambala]

Marian are dreptate.

Datasheetul nu zice unde in jonctiune sunt masurate cele 150grd.  Si tot datasheetul nu zice ce se intampla cu jonctiunea la 115-120grd sau 135-145grd  - imbatraneste, chiar accelerat  (depinde si de jonctiune). Temperatura in jonctiune creste foarte repede cand caldura produsa nu mai poate fi evacuata (comparativ cu rata de crestere).

Mai tine seama si de diferenta de temperatura ambianta iarna-vara, uneori de peste 20grd.

Editat Aprilie 10, 2019 de Shambala

[Marian]

1 hour ago, matzah said:

aici am vazut ca unele opinii difera..

Doar opiniile pot diferi, nu si teoria.

Teoria ne spune ca avem o anumita temperatura maxim admisa pe jonctiune si o rezistenta ( theta ) termica dintre jonctiune si capsula ( ambele in prima pagina din pdf ).

La o anumita putere disipata, pe acea rezistenta termica dintre jonctiune si capsula "pica" o anumita temperatura, sau mai corect spus pentru o anumita putere disipata, si datorita rezistentei termice, jonctiunea creste cu o anumita temperatura peste cat este pe capsula, putand astfel usor deduce care ar fi temperatura maxim admisa pe capsula prin simple calcule ( destul de exacte ). Daca o sa citesti atent acolo o sa vezi de ce am sustinut cifra aia de 80*C, care in alte situatii poate fi cuprinzatoare sau poate fi la limita ori chiar peste ( depinde ).

[Sharky]

Semnalul cred ca e mai ok in a fi taiat. De opresti sursa brusc caldura stocata in radiatoare ramane acolo si temperatura creste in lipsa ventilatiei.

Poti pune un prag suplimentar la care tai semnalul.

Sau poate pe viitor faci o sursa separata pt control si ventilatie si tai restu.

 

Totodata la pornire da i cateva zeci de s din toate ventilatoarele sa sufli praful.

[sesebe]

Cele mai periculoase regimuri la majoritatea montajelor electronice (si nu numai) sint regimurile de pornire/oprire. 

Tocmai din acest motiv este chiar interzis din motive de fiabilitate oprirea si pornirea deasa a aparatelor electronice.

In cazul tau as actiona in doua etape: mai intii as taia semnalul de intrare si apoi, daca temperatura este totusi prea mare sau nu scade cu o viteza rezonabila, as taia si curentul de repaos la etajele finale. Anularea curentului de repaus se poate face relativ simplu cu 2 optocuploare (cite unul pe canal) care sa scurtcircuiteze la cerere tranzistorul superdioda.

Legat de valorile de temperatura la care sa se ia anumite decizii nu exista un raspuns corect sau gresit universal valabil ci doar variante mai bune sau mai putin bune, variante care depind de multi parametri ca de exemplu radiatoarele, valoarea sarcinii (si cit de mare este defazajul introdus de filtre) puterea medie de la iesire, coeficientul de siguranta ales, etc.

[matzah]

@Marian 

asta e datasheetul pe care ma uitasem: https://toshiba.semicon-storage.com/info/docget.jsp?did=20668&prodName=2SC5200

Pare sa lipseasca rezistenta termica a capsulei. Insa chiar si asa, problema este ca incerc sa aplic acesti senzori - nu pe partea metalica a capsulei (nu este fizic loc) ci... pe partea neagra din plastic/rasina (din ce-or fi facute). Ori rezistenta termica a aleia... chiar n-o stiu. 

 

@Sharky 

Pai asta e chestia, pot taia alimentarea sursei principale, sistemul de racire functioneaza independent (alt SMPS mai mic, arduino, etc). Astfel amplificatorul se poate raci ventilat pana la un prag considerat ok de catre mine pana sa repornesc sursa principala. 

Exista implementata chestiuta cu suflatul de praf la pornire (m-am inspirat de la ceva placi video care vazusem ca faceau asta la pornire). 

 

@sesebe

Spre exemplu, mi-era frica ca nu cumva partea de arduino sa dea vreo gherla si sa incerce niste comutari repetate ale portului pe care am releul ce actioneaza sursa. Am gandit softul in urmatorul fel: se face media a 10 citiri (evit valori ciudate citite ocazional), cand media astora este la 70 grade sau mai mare (pe oricare din senzori) decuplez alimentarea SMPS-ului. Ulterior racirea este actionata la maxim (toate ventilatoarele functioneaza). Mai departe este introdus un delay de 5 minute. Deci minim sursa va sta inchisa macar 5 minute. Dupa acest timp, se verifica temperaturile, iar daca au scazut toate sub 50 grade, atunci pornim SMPS-ul si continuam racirea lui. Altfel, alte 5 minute pauza si ventilat. 

Mai exista un scenariu, daca am o eroare pe bus-ul senzorilor (senzor deconectat, scurt linie senzori etc) , atunci de asemeni opresc sursa. 

Presupun ca in perspectiva de fiabilitate taierea semnalului / umblat la curentul de repaos sunt mai elegante decat decuplarea sursei macar 5 minute, insa sper sa nu ajung atat de des in astfel de scenarii. Daca din varii motive ma regasesc des in situatia in care am ocazional 70 grade si trebuie sa tai semnale/alimentari  inseamna mai degraba ca racirea mea e subdimensionata. 

 

Nu pot citi momentan turatia ventilatoarelor, urmeaza sa implementez asta imediat ce ma prind cum se face (cod). 

In alta idee, 70 de grade pe ... partea neagra a capsulei tranzistorilor e ok ca si prag maxim? Exista optiunea sa pun senzorii pe radiator, insa un loc pentru ei as fi gasit la cam 5-6 cm distanta de tranzistoare, deci imi imaginez un timp de raspuns ceva mai prost. 

 

 

 

[Sharky]

Super, bafta cu proiectul!

Daca ti-e frica ca iti crapa arduino atunci pune si un control analog care sa genereze o comanda de OFF la sursa principala cand depasesti una/doua temperaturi critice.

Pune si tu niste termocontacte pe undeva sau niste NTC-uri. Pui si un led de eroare pe undeva si gata.

 

Nu stiu ce e mai rapid, partea neagra e plastic, 6cm distanta radiator e transfer prin aluminiu, daca e gros, e destul de rapid.

Editat Aprilie 11, 2019 de Sharky

[franzm]

Cum fixati finalli? Suruburi sau cleme elastice (de preferat)?

Cum suflati pe radiator? De-a lungul tranzistoarelor sau de-a latul?

2 hours ago, sesebe said:

Cele mai periculoase regimuri la majoritatea montajelor electronice (si nu numai) sint regimurile de pornire/oprire.

Mai ales la circuitele de impulsuri (SMPS, finali linii, etc.). În unele datashit-uri mai vechi, pentru tranzistoarele destinate SMPS si finali linii se indicau numarul de porniri repetate suportate de acestea.

[matzah]

Finalii sunt fixati pe surub (nu cleme elastice). Fiecare final cu surubul sau. Toti in linie, pe un radiator cu lamele pe lungimea placii. Ventilatoare la ambele capete. Unul sufla, altul trage. 

Momentan pentru varianta cu arduino care crapa am doar urmatoarea alternativa: sursa este tinuta pornita atata timp cat arduino tine in 1 logic un pin ce mai departe tine un releu aclansat. Daca arduino pierde alimentarea sau nu stiu...  voi avea 0 logic => releu decuplat. 

Bine, distractia asta tine pentru oricare varianta decat cea in care arduino s-ar bloca cumva dar ar tine 1 logic pe acel pin. Pentru acest caz... termocuple - 70 grade (daca considerati ok), serie cu bobina releului (ca sa nu umblu cu 230V pe langa cablajele amplificatoarelor). 

Si ca ultima redundanta... datele despre senzori si ventilatoare sunt transmise printr-un port serial si in windows pe calculator, unde cea mai carciocara aplicatie de win gandita de mine, monitorizeaza datele primite si ma transforma in operator part time de centrala termica in format rack 1U. 

 

Cred ca cele 70 de grade sunt o estimare cat de cat rezonabila ca si prag maxim de avarie... 

 

 

 

 

[sesebe]

Pt protecție la blocarea Arduino (între noi fie vorba Arduino nu-i altceva decit o jucărie avansata) ii pui un WD hardware. 

Principial este un monostabil ce este resetat la anumite intervale de timp de către uProcesor (Arduinul tău). Dacă pulsul de reset nu vine la timp pt ca Arduino este blocat atunci monostabil se activează și decupează sursa SMPS afisind și situația de eroare. 

[matzah]

Fireste ca Arduino e o jucarie. Pentru aplicatii simplute de acest gen, functioneaza cu brio, mai ales intr-un amplificator de casa si nimic "mission critical systems".  

Insa chiar si asa, va exista si o redundanta analogica. Ideea data cu monostabilul e interesanta. 

[sesebe]

Watchdog-urile hardware reprezinta solutia "profesionala" ca sa zic asa si daca este bine implementata iti permite sa folosesti si "jucarii cu arduino" in aplicatii pretentioase.

Important este ca generezi din SW pulsul de reset si sa nu-l pui pe o iesire de PWM care poate sa genereze in continuare chiar daca procesorul a luat nani.