De gekoelde transistor

Presentatie over: "De gekoelde transistor"— Transcript van de presentatie:

1 De gekoelde transistor
behoort bij open leertaak OT 8.2.2 © friesland college 2000 M.Venema P.Ferwerda

2 De gekoelde transistor
Gevonden in datasheet: Tj max = 150 ºC Rth j-a = 100 ºC/W Omgevingstemperatuur = 25 °C DT = P x Rth j-a P = DT / Rth j-a = ( ) / 100 = 125 / 100 = 1,25 Watt In het vorige instructieprogramma heb je gezien: Als de dissipatie in een transistor te groot wordt moet de transistor gekoeld worden. Bij deze transistor als P > 1,25W

3 De gekoelde transistor
Omgevingstemperatuur = 25 °C junction isolatieplaatje koelplaat De transistor wordt nu gemonteerd op een koellichaam

4 De gekoelde transistor
Omgevingstemperatuur = 25 °C junction isolatieplaatje koelplaat De warmtestroom moet nu van junction via een isolatieplaatje en de koelplaat naar de omgeving

5 De gekoelde transistor
Junction Omgevingstemperatuur = 25 °C Rth j - c Isolatieplaatje (case) junction isolatieplaatje koelplaat Ambient (omgeving) We zien nu 3 thermische weerstanden: 1. Van de junction naar de behuizing(case) van de transistor. (Rth j-c) We noemen deze ook wel Rth j-mb (mb = mounting base)

6 De gekoelde transistor
Junction Omgevingstemperatuur = 25 °C Rth j - c Isolatieplaatje (case) junction isolatieplaatje Rth c - s Koelplaat (sink) koelplaat Ambient (omgeving) We zien nu 3 thermische weerstanden: 2. Van de behuizing (case), door het isolatieplaatje, naar de koelplaat (heatsink of kortweg sink). We noemen deze Rth c-s.

7 De gekoelde transistor
Junction Omgevingstemperatuur = 25 °C Rth j - c Isolatieplaatje (case) junction isolatieplaatje Rth c - s Koelplaat (sink) Rth s - a koelplaat Ambient (omgeving) We zien nu 3 thermische weerstanden: 3. Van de koelplaat (sink) naar de omgeving (ambient). We noemen deze Rth s-a.

8 De gekoelde transistor
Junction Omgevingstemperatuur = 25 °C Rth j - c Isolatieplaatje (case) junction isolatieplaatje Rth c - s Koelplaat (sink) Rth s - a koelplaat Ambient (omgeving) De junction heeft de hoogste temperatuur. De omgeving heeft de laagste temperatuur. Er stroomt warmte dóór de thermische weerstanden van de junction naar de omgeving.

9 De gekoelde transistor
Gevonden in datasheet: Tj max = 150 ºC Rth j-c = 6 ºC/W Omgevingstemperatuur = 25 °C junction isolatieplaatje koelplaat We moeten nu de drie waarden vinden. Voor de transistor gebruiken we weer de datasheet. We vinden voor Rth j-c = Rth j-mb = 6 K/W

10 De gekoelde transistor
Omgevingstemperatuur = 25 °C junction isolatieplaatje koelplaat Produktinformatie: Zwart aluminium geëloxeerd, met combi gatenpatroon voor behuizing TO-3, TO-55, SOT-9, SOT-32 en TO Combi-gatenpatroonTO-3, TO-55,SOT-9, SOT-32TO-220 De koelplaat heeft een thermische weerstand Rth s-a. Deze wordt door de leverancier gegeven. (van We gebruiken de middelste en vinden 8 °C/W

11 De gekoelde transistor
Omgevingstemperatuur = 25 °C junction isolatieplaatje koelplaat isolatieplaatje Tussen de transistor en de koelplaat zit een isolatieplaatje die samen met de koelpasta een thermische weerstand Rth c-s (case - sink) vormen. In de praktijk bedraagt deze ongeveer 0,5 °C/W.

12 De gekoelde transistor
Junction Rth j - c = 6 °C/W Omgevingstemperatuur = 25 °C Isolatieplaatje (case) junction Rth c - s = 0,5 °C/W isolatieplaatje Koelplaat (sink) Rth s - a = 8 °C/W koelplaat Ambient (omgeving) We hebben nu de waarden van de 3 thermische weerstanden gevonden. De thermische weerstand tussen junction en ambient kunnen we nu bepalen. Rth j-a = 6 + 0,5 + 8 = 14,5 °C/W.

13 De gekoelde transistor
Rth j - c = 6 °C/W Rth s - a = 8 °C/W Rth c - s = 0,5 °C/W BD 131 isolatieplaatje Rth j-a = 14,5 °C/W We gaan uit van een gekoelde transistor. Deze transistor regelt de stroom door een lampje. Hierdoor staat er een spanning over de transistor (Uce) en er loopt een stroom (Ic).

14 De gekoelde transistor
+10V Omgevingstemperatuur = 25 °C Rb Lamp c junction b Ic= 1,5A isolatieplaatje Uce=3V BD 131 e kleine potmeter koelplaat Rth j-a = 14,5 °C/W Er wordt in de transistor warmte ontwikkeld. Het vermogen (dissipatie) is: P = Uce x Ic = 3 x 1,5 = 4,5 Watt. Zonder koelplaat zou dit niet mogen (Pmax ongekoeld = 1,25 Watt).

15 De gekoelde transistor
+10V Omgevingstemperatuur = 25 °C Rb Lampje c junction b Ic= 1,5A isolatieplaatje Uce=3V BD 131 e kleine potmeter koelplaat Rth j-a = 14,5 °C/W P = 4,5 W Door de koelplaat is de thermische weerstand Rth j-a verlaagd van 100 ºC/W naar 14,5 ºC/W.

16 De gekoelde transistor
+10V Omgevingstemperatuur = 25 °C Rb Lampje c junction b Ic= 1,5A isolatieplaatje Uce=3V BD 131 e Tj = 90,25 ºC kleine potmeter koelplaat Rth j-a = 14,5 °C/W P = 4,5 W OK Nu kunnen we de temperatuur in de junction bepalen. DT = P x Rth j-a DT = 4,5 x 14,5 = 65,25 ºC. Tj = Ta + DT = ,25 = 90,25 ºC. De maximale junctiontemperatuur mag 150 ºC zijn. Dit mag dus!

17 De gekoelde transistor
Bekend: Tj max = 150 ºC P = 4,5 W Rth j-c = 6 ºC/W Rtj c-s = 0,5 ºC/W Omgevingstemperatuur = 25 °C junction isolatieplaatje koelplaat Bereken nu (op een papiertje) hoe groot de maximale waarde van de thermische weerstand van de koelplaat mag zijn.

18 De gekoelde transistor
Bekend: Tj max = 150 ºC P = 4,5 W Rth j-c = 6 ºC/W Rtj c-s = 0,5 ºC/W Omgevingstemperatuur = 25 °C Eerst bepalen we het temperatuursverschil bij Tj max. DT = Tj max - Ta = = 125 ºC Er moet 4,5 Watt aan warmte worden afgevoerd. De maximale thermische weerstand (Rth j-a) is: 125 / 4,5 = 27,8 ºC/W. junction isolatieplaatje koelplaat

19 De gekoelde transistor
Bekend: Tj max = 150 ºC P = 4,5 W Rth j-c = 6 ºC/W Rtj c-s = 0,5 ºC/W Berekend: Rth j-a = 27,8 ºC/W. Omgevingstemperatuur = 25 °C junction isolatieplaatje De thermische weerstand van de transistor en het isolatieplaatje zijn samen: Rth j-s = Rth j-c + Rth c-s = 6 + 0,5 = 6,5 ºC/W. De thermische weerstand van de koelplaat mag dus maximaal 27,8 - 6,5 = 21,2 ºC/W zijn. koelplaat

20 De gekoelde transistor
Bekend: Tj max = 150 ºC P = 4,5 W Rth j-c = 6 ºC/W Rtj c-s = 0,5 ºC/W Berekend: Rth j-a = 27,8 ºC/W. Rth s-a (koelplaat) = 21,2 ºC/W. 45 K/W 16 K/W 25 K/W 5 K/W Welk koellichaam zou jij gebruiken voor deze transistor? Klik deze aan.

21 De gekoelde transistor
Bekend: Tj max = 150 ºC P = 4,5 W Rth j-c = 6 ºC/W Rtj c-s = 0,5 ºC/W Berekend: Rth j-a = 27,8 ºC/W. Rth s-a (koelplaat) = 21,2 ºC/W. Dit is de juiste 45 K/W Je hebt gekozen voor 16 K/W 25 K/W 5 K/W De thermische weerstand mag wel lager zijn dan 21,2 K/W maar niet hoger! De beste keus is het koellichaam van 16 K/W. Het koellichaam van 5 K/W is veel te groot (en te duur). Bij jouw keuze wordt de transistor te heet en gaat kapot!!!!!

22 De gekoelde transistor
Bekend: Tj max = 150 ºC P = 4,5 W Rth j-c = 6 ºC/W Rtj c-s = 0,5 ºC/W Berekend: Rth j-a = 27,8 ºC/W. Rth s-a (koelplaat) = 21,2 ºC/W. Dit is de juiste 45 K/W 16 K/W Je hebt gekozen voor 25 K/W 5 K/W De thermische weerstand mag wel lager zijn dan 21,2 K/W maar niet hoger! De beste keus is het koellichaam van 16 K/W. Het koellichaam van 5 K/W is veel te groot (en te duur).

23 De gekoelde transistor
Bekend: Tj max = 150 ºC P = 4,5 W Rth j-c = 6 ºC/W Rtj c-s = 0,5 ºC/W Berekend: Rth j-a = 27,8 ºC/W. Rth s-a (koelplaat) = 21,2 ºC/W. Dit is de juiste Prima! 45 K/W 16 K/W 25 K/W 5 K/W De thermische weerstand mag wel lager zijn dan 21,2 K/W maar niet hoger! De beste keus is het koellichaam van 16 K/W. Het koellichaam van 5 K/W is veel te groot (en te duur).

24 De gekoelde transistor
Bekend: Tj max = 150 ºC P = 4,5 W Rth j-c = 6 ºC/W Rtj c-s = 0,5 ºC/W Berekend: Rth j-a = 27,8 ºC/W. Rth s-a (koelplaat) = 21,2 ºC/W. Dit is de juiste 45 K/W 16 K/W Je hebt gekozen voor 25 K/W 5 K/W De thermische weerstand mag wel lager zijn dan 21,2 K/W maar niet hoger! De beste keus is het koellichaam van 16 K/W. Het koellichaam van 5 K/W is veel te groot (en te duur). Bij jouw keuze wordt de transistor te heet en gaat kapot!!!!!

25 always keep things cool
Please remember: always keep things cool stoppen