Răcirea semiconductorilor

[Dxxx]

Am zis ca nu mai urmaresc acest thread pentru ca s-a inscris pe o directie gresita...

Numai radiatie / factor de radiatie etc, care nu sunt relevante.

 

Totusi mai incerc o data.

 

Disipatia pe un radiator se face si radiativ si prin conductie si prin convectie.

Deci pentru a fi relevant ar trebui sa le masuram pe toate si numai printr-o metoda care sa aprecieze in realitate Tj al componentei dispuse pe radiator.

 

Adica un test serios se face punand spre exemplu un COB pe radiator, alimentandu-l cu un curent strict definit / lasand ansamblul pana ajunge la echilibru si in final masurand Vf.

 

Paul 2: alt radiator, cu exact acelas COB, exact la fel de bine montat mecanic - se determina al doilea Vf.

 

De abia acum putem sa estimam care radiator este mai bun, din raportul Vf si in asta tinem seama de toata modalitatile prin care radiatorul disipa intr-un scenariu real.

Puteti ca radiatorul al doilea sa-l tratati cum doriti pe suprafata, sa-l orientati cum doriti etc si faceti un studiu destul de relevant, dar la care este munca ani de zile.

 

In plus daca puteti sa-i faceti COBului un grafic Vf in functie de Tj atunci puteti determina rezistenta termica radiator- ambiant cu oarece precizie, dar asta depinde de cum puteti estima rezistentele termice intre jonctiune si radiator...

 

Pentru carcotasi: in cazul descris Vf va fi diferit intre cele doua radiatoare, datorita faptului ca evident nu sunt identice. Asta va face ca si puterea sa fie un pic diferita pe COB, asta daca curentul este perfect constant. Pentru ca dorim sa masuram eficienta radiatorului se poate calcula / sau determina experimental un nou curent, in asa fel incat puterea sa fie strict egala in cele doua cazuri, deci acum variatia de Vf este chiar proportionala cu rezistenta termica a radiatorului.

[Mircea]

Vf mai mic, caldura mai bine transferata?

[Dxxx]

Corelatia este aproape liniara intre Tj si Vf.

 

Daca Vf scade inseamna ca Tj este mai mare, deci racirea este mai proasta.

 

Ideea este ca panta curbei este aproape constanta, adica curba este o dreapta.

Daca avem determinat un grafic al Vf ( ajung deci minim 2 temperaturi foarte bine definite) atunci pur si simplu masuram Vf dupa ce un nou sistem a ajuns la echilibru -> si din asta gasim pe grafic Tj cu precizie destul de buna. Bineinteles cu conditia ca sa fie acelas component/jonctiune ca cea pe care am determinat curba + de asemenea curentul in cazul experimentului trebuie sa fie exact egal cu cel folosit la determinarea initiala.

 

In plus folosind mai multe puncte de determinare in afara de cele doua minim necesare putem verifica ca se inscriu pe respectiva dreapta.

Si inca ceva in plus: daca facem mai multe grafice, corespunzatoare la diferiti curenti putem sa verificam si corectitudinea determinarilor, ar trebui ca rezultatele sa fie apropiate.

[Mircea]

Vf mare si I constant, putere mai mare disipata in LED?

[sesebe]

Pt o masurare precisa (<+/-5°C) trebuie incalzita jonctiunea la curentul de lucru si apoi cu un comutator ffrapid (<100usec, preferabil sub 10usec) comutat pe curentul de masura si masurat Vf-ul.

 

Vf-ul masurat la curentul de lucru genereaza erori mari / foarte mari.

N-am sa ma contrazic cu voi pe tema asta, puteti considera cum vreti, afirmatia de mai sus o bazez numai pe citiva ani de teste cu echipamente de top.

[Dxxx]

Cred ca nu s-a inteles mare lucru...

 

In primul rand am dat deja link spre threadul explicativ uite inca o data linkul, poate puteti face efortul:

http://www.elforum.info/topic/95342-masurare-temperatura-jonctiune-led/

 

 

1. "Vf mare si I constant, putere mai mare disipata in LED? "

 

Vf sub curent constant depinde numai de Tj.

Este un lucru pe care tot il explic: ca sa fie curent constant inseamna ca exista un driver.

Un driver da spre sarcina acea tensiune care este necesara pentru ca sa se ajunga la curentul prestabilit = constant.

 

Deci daca sub curentul constant respectiv Vf este (mai) mare inseamna pur si simplu ca Tj este (mai) rece.

 

Daca pornim alimentarea unui led si lasam ca Tj sa creasca normal, prin incalzirea pana la temperatura de echilibru, vom constata ca Vf este initial cel mai mare si ulterior scade progresiv pana la stabilirea echilibrului termic (curentul fiiind perfect constant, asta este esential).

 

 

2. "Vf-ul masurat la curentul de lucru genereaza erori mari / foarte mari."

 

Absolut si total eronat!

 

Daca avem un grafic cu Vf in functie de Tj pentru un COB de 39V, iar graficul este determinat la 2A atunci chiar intentionat lasam COBul la 80W sa se incalzeasca pana la echilibru, nu ne grabim deloc. La echilibru citim Vf si din grafic sau prin calcul cu regula de 3 simpla citim valoarea exacta a Tj la echilibru termic. Facand asta vedem cat de buna este racirea.

 

Repet deci, lasam sa treaca curentul prin COB, asteptam sa se ajunga la echilibru termic, si apoi in timp ce trece curentul ala mare citim Vf - pentru ca nu ne ajuta decat Vf la echilibru si ;la echilibru este de presupus ca temperatura este constanta, curentul este constant ca asa forteaza driverul, deci si Vf este constant.

 

 

Problema pusa total eronat de Sesebe are o "sursa de inspiratie" dar care are cu totul alta semnificatie:

- atunci cand detrminam graficul de 2A se presupune ca folosim o incinta termostatata de precizie si o aducem la diverse temperaturi.

- evident ca nu dorim ca peste temperatura precis generata de incinta sa suprapunem temperatura data de cei 80W ce trec prin jonctiune

- deci numai si numai pe timpul generarii graficului trebuie ca sa facem citiri pe un curent injectat timp mai scurt de cateva milisecunde.

 

Este mare diferenta, deci.

[Mircea]

1. "Vf mare si I constant, putere mai mare disipata in LED? "

 

Vf sub curent constant depinde numai de Tj.

Este un lucru pe care tot il explic: ca sa fie curent constant inseamna ca exista un driver.

Un driver da spre sarcina acea tensiune care este necesara pentru ca sa se ajunga la curentul prestabilit = constant.

 

Deci daca sub curentul constant respectiv Vf este (mai) mare inseamna pur si simplu ca Tj este (mai) rece.

 

Daca pornim alimentarea unui led si lasam ca Tj sa creasca normal, prin incalzirea pana la temperatura de echilibru, vom constata ca Vf este initial cel mai mare si ulterior scade progresiv pana la stabilirea echilibrului termic (curentul fiiind perfect constant, asta este esential).

Inteleg si sunt de acord cu I constant numai cu driver.

 

Dar cand spui ca Vf trebuie sa fie mare ca sa se raceasca bine si apoi spui ca scade cand s-a atins temperatura de echilibru... nu prea o inteleg.

 

La inceput Vf e mare caci nu poti transfera instantaneu caldura. Dupa o vreme se ajunge la echilibru caci se face transferul termic.

 

La LED conteaza I. Deci, daca I e constant, puterea disipata pe LED e mai mica la Vf mai mic (caldura mai putina). Ceea ce spui si tu in ultimul paragraf din citat.

 

Am in plan o lampa de 30-50W si vreau sa o racesc bine. D-aia discut aici, ca sa pot evalua racirea cea mai eficienta. Insa unele dintre explicatiile tale nu sunt clare si am indicat si de ce.

 

Vf×I=Pdisipata=caldura in jonctiune. Singurul element care nu e constant e Vf, tu spui ca e direct proportional si liniar cu Tj. Partea cu liniaritatea nu o discut, se poate sa ai dreptate 100%.

Editat Mai 19, 2017 de thunderer

[Dxxx]

Inceaerca sa citesti threadul din link.

 

Eu nu spun asta "spui ca Vf trebuie sa fie mare ca sa se raceasca bine si apoi spui ca scade cand s-a atins temperatura de echilibru" si este logic sa nu intelegi asa ceva. Hai sa desfacem afirmatiile:

(pentru ca tu ai combinat afirmatii diferite, referindu-se la lucruri diferite)

 

1. Deci, prima parte:

- daca se raceste bine inseamna ca temperturile (toate) sunt mai coborate.

- daca Tj este mai mica atunci Vf este mai mare (repet Vf este consecinta a curentului si a temperaturii. Sub curent constant raman numai doi termeni temperatura si Vf)

 

2. A doua parte, se refera la cum variaza Vf cand un led stins si rece este pornit:

- la inceput Tj este cea a mediului sa zicem 25 grade si tensiunea (mereu sub acelas curent) este Vf sa zicem de 3,00V

- curentul care trece determina incalzirea progresiva a jonctiunii, dar si a radiatorului. Cu cat radiatorul este mai cald insa disipa mai mult si pana la urma se ajunge la echilibru termic (posibil sa dureze jumatate de ora...) La echilibru termic sa zicem ca avem 80 grade pe jonctiune. Si la aceasta Tj sub curentul constant avem Vf de 2,9V

 

3. Bun si acum partea a treia, pentru ca tu introduci in discutie si puterea. Se refera tot la ce am descris la punctul 2:

- presupunem ca era vorba de un curent constant de fix 1 Ampere

- cu ledul rece vom avea putere pe led de 3W.

- dupa ce se atinge echilibrul termic la Tj = 85 grade avem numai 2,9W. Dar scaderea asta de putere este putin importanta, pentru ca Vf nu variaza cu un gradient foarte mare. Este adevarat ca la aceasta putere lumina emisa va fi mai putina decat rece, dar in special datorita scaderii randamentului cu incalzirea, pentru ca reducerea de putere nu este semnificativa.

 

Deci ce trebuie sa intelegi este ca variatia termica a Vf este de ordinul milivoltilor, nu este atat de mare incat sa schimbe sesizabil puterea disipata, deci Vf mai mic nu inseamna o scadere semnificativa a puterii pe led! aici ai dedus tu ceva care este corect ca logica, dar are o pondere prea mica ca sa se reflecte si in cantitatea de caldura degajata.

Deci nu ai gresit ca principiu, dar ai apreciat gresit proportiile...

 

Oricum la 50W vei avea un COB probabil cu multe jonctiuni inseriate. Ca sa iti dai seama de proportiile reale incerc sa-ti dau un exemplu de ce se intampla cu tensiunile pentru un COB tipic cu 12 jonctiuni inseriate:

- tensiunea de catalog la puterea maxima 39,3V si 600mA

- tensiunea la 300mA este 35,9V

- tensiunea la 100mA este de 33V

Variatia tensiunii intre rece si temperatura normala de lucru poate fi sa zicem 1V - de aici vezi ca variatia cu curentul este mai mare decat ce se intampla termic...

 

PS: suntem oarecum off-topic; daca continuam cu explicatii despre leduri ar trebui sa ne mutam pe ruibrica respectiva, unde te astept cu placere.

[Mircea]

Eu iti multumesc pentru explicatii. Fara indoiala, scopul meu este sa fac o racire buna la LED-ul meu, dar trebuie sa inteleg cum ajung acolo.

 

Am vrut sa lamuresc Vf caci credeam ca pot folosi acea valoare ca sa fac o evaluare a eficientei racirii

 

Poti muta discutia la LED-uri.

 

LED-ul de 50W e pe drum, nu il am inca.

[gigimargaus]

Salut.

 

Doresc sa construiesc o sursa de laborator dubla, care in cea mai nefavorabila situatie, disipa pe tranzistorii serie aproximativ 120W pe canal, deci in total 240W.

Vreau sa pun tranzistorii pe un radiator de tip tunel cu ventilatie fortata.

Inainte sa-l cumpar vreau sa va cer parerea.

Am incercat sa fac un calcul dar nu sunt sigur pe el.

Acesta este profilul radiatorului si o sa aiba dimensiunile 60mm x 60mm x 250mm:

https://www.aliexpress.com/item/32904858135.html?spm=a2g0o.detail.1000060.3.7edd7346lnVWyh&gps-id=pcDetailBottomMoreThisSeller&scm=1007.13339.169870.0&scm_id=1007.13339.169870.0&scm-url=1007.13339.169870.0&pvid=0b2ff8fe-b717-42a9-b3bd-d48cdbb338cd&_t=gps-id:pcDetailBottomMoreThisSeller,scm-url:1007.13339.169870.0,pvid:0b2ff8fe-b717-42a9-b3bd-d48cdbb338cd,tpp_buckets:668%230%23131923%2360_668%230%23131923%2360_668%23888%233325%2310_668%23888%233325%2310_668%232846%238114%231999_668%235811%2327177%2327_668%232717%237561%23340_668%231000022185%231000066059%230_668%233468%2315617%23808_668%232846%238114%231999_668%235811%2327177%2327_668%232717%237561%23340_668%233164%239976%23705_668%233468%2315617%23808

 

Iar ventilatorul:

https://www.tme.eu/ro/en/details/9a0612g4011/dc12v-fans/sanyo-denki/

 

Daca cineva cu experienta poate sa-mi spuna daca am facut alegerea corecta.

 

Multumesc,

[BRANCA]

Gigimargaus.Decât varianta ta mai bine ia un set de la Tony din Cluj.Dacă nu te satisface un bloc tip tunel poţi monta două.La 100 de lei setul lui Tony,cu tot cu ventilatoare e mai convenabil...

[UDAR]

Datele sunt insuficiente . Trebuie să spui care e temperatura maximă pe care are voie să o atingă radiatorul .

Apoi ar trebui cunoscută caracterisica debit-presiune a ventilatorului .

 

La prima vedere cu un număr mare de tranzistori robuști radiatorul ăla ar putea să ducă la limită, cu o viteză de 4-5m/s a aerului, deși nu prea este optimizat pentru răcire forțată - aripioarele sunt cam rare. Mă îndoiesc însă că ventilatorul ăla poate face asta. 

Oricum un calcul nu se poate face decât cu mare aproximație. 

[gigimargaus]

Salut.

@BRANCA;

Multumesc pentru pont.

 

@UDAR:

Ca majoritatea entuziastilor in ale electronicii, dupa ce m-am hotarat sa ma apuc de acest proiect, am cautat o cutie.

Am gasit ceva  in care incape acest radiator.

Inca nu m-am hotarat ce tranzistori o sa folosesc, dar cred ca o sa fie 4...6 buc, pe canal.

Temperatura maxima, cred ca rezonabil o sa fie 70...75 grade( radiatorul o sa stea in interiorul cutiei care are niste orificii pentru ventilatie).

Datele ventilatorului:

 

Operating voltage range[V]       6 to 13.2 

 

Rated speed [min-1]                   5600

Max. airflow[m3/min]                 0.78 
                        [CFM]                  27.6 

 

Max. static pressure[Pa]           87.3 
                          [inchH2O]         0.351

 

Operating temperature            -20 to +60

 

Caderea pe tranzistori o sa atinga in mod exceptional valorile de 25V la 5A pe fiecare canal.

 

Multumesc.
 

 

 

[UDAR]

70-75°C este foarte OK pentru tranzistori . 2-3 tranzistori buni (per canal) vor duce fără probleme puterea respectivă .

Dar la 70-75°C temperatura radiatorului și 30-35°C temperatura ambiantă rămâne o marjă foarte mică pentru radiator . 

E posibil totuși, cum spuneam, să facă față cu o viteză a aerului de 4-5m/s ( 40-50m³/h).

Atenție! Ventilatorul tău are 46m³/h la o presiune statică zero ! Adică fără niciun obstacol în partea spre care se suflă aerul. Nevoit să ”împingă” aerul prin radiator debitul va scădea considerabil . Nu știu cu cât , estimez că sub jumătate. 

Poate că ar trebui crescută cu ceva temperatura radiatorului - să zicem spre un 85°C cu prețul creșterii numărului de tranzistori - 4 în loc de 2-3 . Dacă ai da mai multe detalii aș putea și eu vorbi mai concret . 

[gigimargaus]

@UDAR:

Nu stiu ce amanunte pot sa-ti mai dau.

Cum am spus mai inainte, am fost nevoit sa adaptez proiectul in functie de o cutie pe care o am. Este vorba de o cutie provenita de la un Versatester E0502.( http://www.proradioantic.ro/?x=item&id_p=5816 )

Am golit cutia de tot ce a fost in ea si doresc sa pun radiatorul pe mijlocul ei.

Multumesc.

Editat Iunie 5, 2021 de gigimargaus