Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Mitronik
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Pbliczanie strat na tranzystorze (założenia upraszaczjące liczenie)

squeze 27 Kwi 2013 09:26 1941 6
  • #1 27 Kwi 2013 09:26
    squeze
    Poziom 12  

    Chcąc obliczyć moc strat na tranzystorze potrzebne jest napięcie pomiędzy kolektorem a emiterem oraz prąd płynący przez ów tranzystor.

    W przykładach zazwyczaj jako obciążenie jest rezystor dla którego obliczenie spadku napięcia nie jest problemem.

    Dla mnie schody zaczynają się gdy np. zamiast rezystora jest silnik DC albo taśma LED dla której nie jestem w stanie obliczyć spadu napięcia.

    Dla ogólnego wzoru P(strat) = (Uz/2)^2 / 4RL

    Czy mogę więc przyjąć założenie, że rezystancja obciążenia taśmy Led o długości 1m i zasilaniu napięciem 12V pobiera prąd 120mA to jej rezystancja wynosi R=U/I = 12V/0,120A = 100 Om

    czyli dla wzoru na moc strat tranzystora i zasilaniu 12V owej taśmy mogę policzyć:
    (12/2)^2 / 4*100 = 0,09W

    0 6
  • Mitronik
  • #2 27 Kwi 2013 11:04
    trymer01
    Moderator Projektowanie

    A dlaczego stosujesz tu taki wzór?
    Moc strat na tranzystorze w uproszczeniu to P=Uce Ic (pomijając straty bazy).
    Dla silnika czy żarówki tranzystor zwykle stosuje się jako klucz - wówczas liczymy moc dla stanu włączonego - czyli tranzystor jest nasycony i Uce=Ucenas (Vcesat) - np. z noty katalogowej, Ic to prąd silnika.
    Jeśli tranzystor pracuje w stanie liniowym i Uce>Ucenas wtedy Uce się zmienia, oraz Ic się zmienia (klasyczny przypadek pracy w klasie A).
    Musisz rozróżniać te dwa rodzaje pracy, w dodatku przy pracy tranzystora jako klucz znaczenie może mieć jeszcze wypełnienie sygnału (duty cycle), częstotliwość.
    Dla taśmy LED rezystancję zastępczą liczysz dobrze tylko po co?
    Moc tranzystora włączajacego/wyłaczającego tę taśmę to P=Ucenas I.
    Zakładając Uce nas =0,3V (strzelam), dla prądu 0,12A daje to P=36mW.

    0
  • Mitronik
  • #3 27 Kwi 2013 12:48
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Żarówka i taśma LED to obciążenia nieliniowe, żeby liczyć dokładnie trzeba by znać ich charakterystykę, jeśli chcesz metody uproszczonej powinieneś orientacyjnie wiedzieć jaka to nieliniowość i oszacować z zapasem.

    Załóżmy że mamy taśmę LED 12V 1A i chcesz regulować prąd tranzystorem, a nie będzie to regulacja impulsowa, tylko liniowa, to można zrobić tak:

    Jeśli potraktujesz ją jak rezystor (12Ω) to wyjdzie ci że maksymalne straty mocy na tranzystorze regulacyjnym to 3W (6V 0,5A).
    W rzeczywistości taśma LED (z LED'ami białymi, po trzy w szeregu), przestaje pobierać prąd ok 8V upraszczając że w zakresie 8-12V charakterystyka jest linią prostą maksymalne straty mocy na tranzystorze regulacyjnym wyniosą 1W (2V 0,5A)

    Drugie przybliżenie jest bliższe prawdy, ale nie wiadomo czy rzeczywista wartość będzie mniejsza czy większa niż ten 1W, natomiast jest pewne, że moc strat będzie znacząco mniejsza niż 3W.


    Z kolei żarówka ma niższą rezystancję przy niższych napięciach więc wiadomo że tranzystor regulujący prąd żarówki 12V 1A może tracić więcej niż 3W

    Z silnikiem jest jeszcze inaczej, tu trzeba wiedzieć coś o jego obciążeniu mechanicznym, najgorzej kiedy jest możliwe zablokowanie wału, albo rozruchy z dużym obciążeniem, wtedy prąd może wielokrotnie przekraczać wartość znamionową.

    Cytat:
    W przykładach zazwyczaj jako obciążenie jest rezystor dla którego obliczenie spadku napięcia nie jest problemem.

    Dla ogólnego wzoru P(strat) = (Uz/2)^2 / 4RL

    Nie jest problemem policzyć byle co, wg byle jakiego wzoru, tyle że wynik będzie bez sensu.

    0
  • #4 27 Kwi 2013 13:57
    squeze
    Poziom 12  

    Dziękuję za odpowiedzi.
    Mój przykład z taśmą LED dałem dlatego że chcę zrobić sterowanie PWM w sumie to zrobiłem i działa.

    Użyłem tranzystora BD139 dla około 1,5m taśmy. Przy wypełnieniu 100% nie ma problemu dla obliczeń (tranzystor jest nasycony więc zerkam do datasheet z wykresu czytam przy jakim prądzie ile "odkłada" się na złączu E-C np. I=0,5A i Vce=0,35V i z tego mogę policzyć moc strat (0,0175W).

    Ale jak jest z PWM? Uz jest np. 12V ale wypełnienie 50% co daje cały czas 12V ale w impulsie, choć wygląda (w uproszczeniu) jak by było 6V. I dla takiego przypadku liczymy 12V czy 6V na taśmie i 6V na złączu E-C? zakładając że prąd przy wypełnieniu to 0,1A co daje (0,6W).

    Jak wspomniałem złożyłem układ i działa ok tranzystory nawet nie są ciepłe przy wypełnieniu 50% mierząc napięcie między kolektorem a emiterem mam około 4V teraz nie wiem czy taki pomiar zawdzięczam taniemu multimetrowi czy tok rozumowania z przykładu nr2. jest błędny.

    Teraz mam w głowie zrobienie sterowania dwoma żarówkami 12V 5A i chcę to zrobić na MOSFET tylko właśnie nie wiem jakie założenia przyjąć do obliczeń w przypadku PWM :)

    Wstępnie polutowałem układ (driver dla mosfet-a) i przy obciążeniu 4A tranzystor działa poprawnie (nie grzeje się).

    Ten wzór co podałem w pierwszym poście to dlatego że przyjmuje jedną zmienną (rezystancję obciążenia) i np. jak mógłbym ją określić orientacyjnie to jestem w stanie w łatwy sposób obliczyć jak docelowy układ będzie się zachowywać.

    0
  • #5 27 Kwi 2013 16:21
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Właśnie dlatego stosuje się PWM że tranzystor jest zawsze zatkany albo nasycony i straty mocy są minimalne.

    Cytat:
    Ale jak jest z PWM? Uz jest np. 12V ale wypełnienie 50% co daje cały czas 12V ale w impulsie, choć wygląda (w uproszczeniu) jak by było 6V.
    Dla obciążenia tak (kiedy jest napięcie płynie prąd potem nie ma nic), ale dla tranzystora nie, dlatego że kiedy jest napięcie na tranzystorze, to nie płynie prąd, a kiedy płynie prąd, to napięcie jest ok 0V.
    Cytat:


    Teraz mam w głowie zrobienie sterowania dwoma żarówkami 12V 5A i chcę to zrobić na MOSFET tylko właśnie nie wiem jakie założenia przyjąć do obliczeń w przypadku PWM Smile

    Licz tylko straty w przewodzącym tranzystorze przy 100% wypełnienia, sprawa się skomplikuje jeśli będziesz miał za dużą częstotliwość.

    Cytat:
    Ten wzór co podałem w pierwszym poście to dlatego że przyjmuje jedną zmienną (rezystancję obciążenia) i np. jak mógłbym ją określić orientacyjnie to jestem w stanie w łatwy sposób obliczyć jak docelowy układ będzie się zachowywać.
    Najpierw poznaj właściwości układu, z wiedzy jak działa układ, łatwo wyprowadzić właściwy wzór, odwrotnie nie bardzo.

    0
  • #6 27 Kwi 2013 16:46
    trymer01
    Moderator Projektowanie

    squeze napisał:
    Dziękuję za odpowiedzi.
    Mój przykład z taśmą LED dałem dlatego że chcę zrobić sterowanie PWM w sumie to zrobiłem i działa.

    Użyłem tranzystora BD139 dla około 1,5m taśmy. Przy wypełnieniu 100% nie ma problemu dla obliczeń (tranzystor jest nasycony więc zerkam do datasheet z wykresu czytam przy jakim prądzie ile "odkłada" się na złączu E-C np. I=0,5A i Vce=0,35V i z tego mogę policzyć moc strat (0,0175W).

    Coś źle policzyłeś.
    squeze napisał:

    Ale jak jest z PWM? Uz jest np. 12V ale wypełnienie 50% co daje cały czas 12V ale w impulsie, choć wygląda (w uproszczeniu) jak by było 6V. I dla takiego przypadku liczymy 12V czy 6V na taśmie i 6V na złączu E-C? zakładając że prąd przy wypełnieniu to 0,1A co daje (0,6W).

    Przy PWM liczysz (w uproszczeniu) tylko straty mocy w impulsie wg wzoru Pimp=I Ucesat. To moc strat tranzystora w czasie przewodzenia, ale moc średnia zależy od wypełnienia Pśr=DT Pimp, gdzie DT (duty cycle) to wypełnienie. Bo przecież tranzystor grzeje się w czasie przewodzenia (impulsu) a "odpoczywa" i chłodzi się w czasie przerwy.
    Jednak często jest tak, że gdy impulsy są wystarczająco długie ta moc Pimp może przegrzać złącze (mimo że Pśr nie przekracza dopuszczalnej.
    Wtedy trzeba korzystać z wykresów podawanych w notach katalogowych przez producentów - "Transient Thermal Impedance" - gdzie w zależności od czasu impulsu Timp, wypełnienia (DT) podaje się moc dopuszczalną - zwykle jako zmniejszenie Rthja, Rthjc.

    squeze napisał:
    Ten wzór co podałem w pierwszym poście to dlatego że przyjmuje jedną zmienną (rezystancję obciążenia) i np. jak mógłbym ją określić orientacyjnie to jestem w stanie w łatwy sposób obliczyć jak docelowy układ będzie się zachowywać.

    Ten wzór dotyczy tylko pracy tranzystora w zakresie liniowym (klasa A), nie dla przełącznika. Czyli gdy tranzystor = regulowany opornik.
    gdy tranzystor pracuje jako przełącznik - jest kluczem (dwa stany - włączony i wyłączony).

    0