Soğutucu Sıcaklığını Yaklaşık Hesaplayabilir miyiz?

[Endorfin35+]

Yukarıdaki değerlere göre 25C ortam sıcaklığında mosfet üzerinde sürekli sabit 100W harcadığımızı düşünelim.

Soğutucu için 175-25=150C limit değer hesaplıyorum. 100W istediğim için 150/100=1.5C/W limit değer termal direnç hesaplıyorum.

Rcs = 0.3 Kabulu ile Rjc + Rcs + Rsa = 1.5 ve altında olmak zorunda. Rjc + Rcs = 1 olduğuna göre soğutucunun termal direnci 0.5 olmalı.

Şimdi buraya kadar bir itiraz yok ise soğutucununda termal direncini tam 0.5 seçtim diyelim . Sistem çalışıyor, 100w harcıyorum ve ısınarak dengeye oturdu... Herşeyi limitlerde seçtiğimiz için jonksiyon sıcaklığı 175 dereceyi zorluyor olmalı... Bu koşullarda soğutucu yüzey sıcaklığı hakkında ne söyleyebiliriz? Soğtucunun yüzeyinde her noktada sıcaklık farklı olacaktır ama mosfet e mümkün olan en yakın noktada sıcaklığı nasıl öngörüp ona göre tedbir almalıyım...?

 

[Endorfin35+]

Şunuda sorayım. Soğtucu kullanmıyoruz. Rja ya göre 25C ortamda 150/40= 3.75W güç limitini hesapladık ve bu limitte kullanım yapıyoruz diyelim. Bu durumda mosfetin dış kılıf sıcaklığı hakkında bir şey söyleyebilir misiniz..?

 

[Endorfin35+]

Yukarıdaki çizime göre orantı yapılabilir sanki...

 

[Endorfin35+]

Cevap sorunun içerisinde varmış zaten Ayrıca şu açıklama olayı çözmeme yardımcı oldu;

"The thermal resistance of a component is denoted by ohmic resistance with the unit of °C/watt (°C/W). Similar to the resistance network, the thermal resistance network can be a single resistor, two resistors and multiple resistors in series or parallel configurations. More specifically, it can be represented by symbol, θ, θJA (Juntion-to-Ambient thermal resistance), θJC (Juntion-to-Case thermal resistance) and θCA (Case-to-Ambient thermal resistance), etc. θ = 100 °C/W means 1 W power dissipation causes the temperature to rise 100 °C. Please note this relationship is linear just like the Ohm’s Law."

Şimdi aşağıda termal devrenin iki durumu yer alıyor. Soldaki mosfet üzerinde enerji harcanmadığı ilk durumu, sağdaki ise 100w güç harcandığı durumu gösteriyor. İlk başta bir ısı üretilmediği için tüm sıcaklıklar birbirine eşit ve ortam sıcaklığı kadar olacaktır.

Soğutucu termal direncimizi (Rsa) 0.5 seçmiştik. O halde watt başına 0.5°C lik sıcaklık artışı olacaktır. Buda 50°C yapar. Ortam sıcaklığınıda eklediğimizde 75°C soğtucu sıcaklığını hesaplarız. Aynı yöntem ile Rcs (termal macun vs) ve Rjc artışlarını hesapladığımızda sırası ile 30 ve 70°C lik artışlar olduğunu görüyoruz. 0°C yi referans alarak ortam sıcaklığı, soğutucu sıcaklığı, kılıf sıcaklığı değerlerini topladığımızda 175°C olan jonksiyon sıcaklığına ulaşıyoruz.

Soğutucumuzun termal direncini bilmediğimizi düşünelim. Terstende hesap yapmak mümkün. 175-70=105°C maks kılıf sıcaklığı, 105-30=75°C maks soğutucu sıcaklığı. Yanlış yorumlamıyorsam bu değer soğutucu üzerindeki en sıcak nokta olan mosfetin bağlandığı yüzey sıcaklığı. Bu noktadan ölçüm almak mümkün olmadığına göre aşağıdaki sıcaklık dağılım grafiği bize yaklaşık bir fikir verebilir;

Ölçüm alınabilecek bir noktada aşağı yukarı 15-20°C sıcaklık farklı olduğunu görüyorum. O halde 75°C olarak hesapladığımız soğutucu sıcaklığını kontrol altında tutmak için referans limit değerim 55-60°C civarında olacaktır. Bu hesaplamada 100W değerini referans aldığımızı hatırlatayım.

50W harcıyor olsaydık ; 175 - (50 x 0.7) - (50 x 0.3) = 175 - 35 - 15 = 125°C soğutucu sıcaklığı hesaplardık... Bu durumda koruma limitimizde 100°C civarında olurdu...


Son olarak bu bilgiler ışığında 2. mesajdaki sorumu yanıtlamaya çalışayım. Soğutucu kullanmadan maks. 3.75W harcıyabiliyorduk. kılıf sıcaklığı (metal kısım) 175 - (3.75 x 0.7) = ~172°C ye kadar yükselecektir.

Bugüne kadar bu işe kafa yormamıştım. öngörüyle hareket ile soğutucu sıcaklığının çok daha yüksek olacağını düşünüyordum...

 

[Endorfin35+]

Sıradaki soru işareti farklı güç harcamaları olan iki mosfet aynı soğtucuya bağlanır ise sistemi koruma sıcaklığını nasıl tayin edeceğiz...?

 

[semih_s]

Sıradaki soru işareti farklı güç harcamaları olan iki mosfet aynı soğtucuya bağlanır ise sistemi koruma sıcaklığını nasıl tayin edeceğiz...?

Bence soğutucu sıcaklığını ölçerek bu yapılabilir. Ölçüm noktasıyla mosfet Tj arasındaki ısıl iletim bir emniyet payı da bırakarak hesaplanabilir. Mosfette harcanan gücü de ölçüp hesaplamak lazım tabi. Paralel mosfetler için ayrı ayrı hesap yapmak gerekir mi?
Sistemin ısı sığası bile hesaba katılabilir gerekliyse. Böylece soğutma gücü 100W olsa bile hesaplanacak kısa bir süre için 200W çekilebilir. Akü test cihazları böyle çalışıyor tahminimce. Ufacık cihazla 10larca amperlik akımı test etmesi gerekli.

 

[Endorfin35+]

Bence soğutucu sıcaklığını ölçerek bu yapılabilir. Ölçüm noktasıyla mosfet Tj arasındaki ısıl iletim bir emniyet payı da bırakarak hesaplanabilir. Mosfette harcanan gücü de ölçüp hesaplamak lazım tabi. Paralel mosfetler için ayrı ayrı hesap yapmak gerekir mi?
Sistemin ısı sığası bile hesaba katılabilir gerekliyse. Böylece soğutma gücü 100W olsa bile hesaplanacak kısa bir süre için 200W çekilebilir. Akü test cihazları böyle çalışıyor tahminimce. Ufacık cihazla 10larca amperlik akımı test etmesi gerekli.

Bu konudan önce yukarıdaki hesap ta mutabıkmıyız?

 

[semih_s]

Bu konudan önce yukarıdaki hesap ta mutabıkmıyız?

Benim aklıma yattı.

 

[Endorfin35+]

Diğer konu biraz karmaşık. Aynı mosfetten iki adet olsun. Biri 50w biri 100w harcasın. 100w için kritik sıcaklık 50C iken 50w için kritik sıcaklık 100C civarında. Bu durumda düşük sıcaklık için koruma tedbiri alınmalı. Ancak aynı anda çalışmıyorlar ise farklı yaklaşımlar olabilir. Aynı anda çalışıyorlar ise de 50C de çok güç harcadığımız mosfette 100w da harcayamayız daha az olur. Mosfetler birbirinide ısıtacaktır. Ancak yinede koruma için 50C hala uygun bir limit. Öyle ise en düşük sıcaklıkta kim maraz çıkartıyor ise ona göre koruma olmalı. İlk anda sıcaklık düşük olduğu için dediğin gibi kısa süreli yüksek güç olabilir.

Akü test cihazları yarıiletken değil rezistans diye biliyorum.