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

BUZ11, BD135, transoptor - przegrzewanie tranzystorów podczas obciżążenia

mmiissiieekk137 23 Lis 2014 13:20 1542 13
  • #1 23 Lis 2014 13:20
    mmiissiieekk137
    Poziom 6  

    Witam,

    W załączniku znajduje się schemat układu który zrobiłem.

    Posiadam urządzenie (sterownik) który mogę sobie dowolnie zaprogramować. Posiada on wyjścia 0-5V. Podając napięcie 5V chciał bym załączać:
    a) silnik prądu stałego 12-14V, 200W, 18A znamionowo, ale już sprawdziłem i pod obciążeniem bierze czasami nawet 22A.
    b) serwomotor np.: 12V, 3W. Teoretycznie wynika że ma pobierać 0,25A, ale pobiera 0,45, a w momencie załączania czasami występują skoki nawet do 3 A.
    c) elektrozawory, parametry jak w przypadku serwomotoru.

    Wytrawiłem już płytkę. Podpiąłem do niej zasilanie z akumulatora samochodowego i dałem stabilizator napięcia 12V. Do płytki zamontowane są connector blocki, do których podłączam poszczególne komponenty.
    Mój sterownik wysyła sygnał 5V przed diodę prostowniczą, przez rezystor (aby ograniczyć prąd) do transoptora. Jak duży wpływ ta rezystancja może mieć na prąd sterowania tranzystora?
    Transoptor zasila stabilnym 12V tranzystor BD135, a ten zamyka obwód z elementem wykonawczym.

    W teorii banalne i proste. Niestety:
    1) BD135-16 grzeje się niemiłosiernie, nawet po założeniu radiatora wytrzymuje tylko kilkanaście sekund i jest niesamowicie gorący. Sprawdziłem wzmocnienie tranzystora i mam do 100-250. Dobrałem więc rezystor bazy „na oko”. Prąd który płynie przez tranzystor to 0,5 A, czyli mniej niż połowa tego co by mogło, ale strasznie się on grzeje.
    Jeśli rezystor ma za dużą rezystancję, czyli prąd bazy jest za mały, to tranzystor nie przewodzi całkowicie. U mnie prąd to 0,5A czyli tyle ile pobiera zawór. Czy może u mnie być taka sytuacja, że pomimo poboru prądu 0,5A tranzystor nie przewodzi całkowicie i się grzeje, czy może muszę zastosować większy tranzystor? Jaki rezystor zalecacie. Specjalnie nie podaje jaki jest, żeby nie sugerować.

    2) W przypadku sterowania silnika DC zastosowałem BUZ11 i diodę prostowniczą do rozładowania samoindukcji przy wyłączaniu silnika. Bramkę połączyłem z masą przy pomocy rezystora żeby rozłączać tranzystor.
    Bramka musi być połączona bezpośrednio ze źródłem, czy może być spięta do masy jak u mnie?
    Silnik działa, ale tranzystor po chwili pracy (ok. 30s) robi się ciepły a po ok. 1 minucie jest już gorący.
    Jaki rezystor powinienem dać pomiędzy źródło i bramkę? Czy tranzystor jest za mały i dlatego się grzeje?

    3) Wytrawiałem płytkę Cu 70um. Do zasilania silnika DC (20A) wytrawiłem dość szerokie ścieżki. Znalazłem kalkulator do obliczania szerokości ścieżek, ale wyszło mi, że przy takim laminacie, 20A, długość 25mm ścieżka powinna mieć 16mm szerokości. Kolega jakoś to poprzeliczał i wyszło, że 8 mm spokojnie powinno wystarczyć.
    Proszę o wzór, kalkulator, cokolwiek do obliczania szerokości ścieżki na płytce PCB?

    4) W moim układzie +12VDC jest podpięte do elektrozaworów na stałe, a sterowanie odbywa się przez zwieranie do masy (tranzystor). Będę chciał kilka zaworów sterować odwrotnie: spięty do masy na stałe, a załączenie odbywa się przez podanie +12 przez tranzystor.

    Czy da się to zrobić stosując np.: inny tranzystor i dając obciążenie na Emiterze. Proszę o podpowiedź jak to prawidłowo podłączyć, bo patrząc na moje dotychczasowe osiągnięcia, to na pewno znowu będzie się coś grzało.
    5) Z prawej strony na dole widać tranzystor i wyjścia z płytki PCB podpisane jako „ZWIERAJĄCY”. Chciał bym tutaj zwierać obwód tak jak w zwykłym przekaźniku: zwiera lub rozwiera. W taki sposób można sterować niektórymi serwomotorami. Jeśli przewody sygnałowe są rozwarte, to idzie w prawo, a jeśli zwarte to w lewo (zasilanie podpięte na stałe). Z czasem dotarło do mnie, że przekaźnik i tranzystor to dwie całkowicie inne rzeczy i że nie może ten układ działać. Pytanie, czy da się zrobić taki układ który tylko zewrze styki (podając sygnał do innego układu), czy najprościej i najszybciej będzie zostawić przekaźnik? Bo skoro w tranzystorze przepływa prąc z bacy do emitera, to może on wpływać na zakłócenie układu serwomotoru, nie ma przepływu prądu przez kolektor itd. Co myślicie?

    0 13
  • Semicon
  • #2 23 Lis 2014 13:51
    trymer01
    Moderator Projektowanie

    1. BD13x się nie nadają, mają duże Ucesat co powoduje ze moc P=Uce Ic jest duża - ciepło. I to nawet jeśli dać mu duży Ib (czyli mały Rb).
    Rb=(5V-Ube)/Ib, ale to dla przypadku gdy baza jest zasilana wprost z 5V, gdy to idzie przez transoptor - ? - decyduje wydajność prądowa transoptora.
    Jeśli bipolarny to o prądzie Icmax=2-3A, i niskim Ucesat, Ib=0,1-0,05Ic=25-50mA i z tego liczyć opornik Rb w bazie. Ale czy transoptor da taki prąd? Są tranzystory wymagające mniejszego Ib - np. 2SC5706 - on dla Ic=0,5A wymaga Ib=10mA.

    Czy konieczna jest izolacja? - bo jeśli nie to po co transoptor?
    Najlepiej zastosować MOSFET - ale typu "Logic Level", albo zmienić zasilanie transoptora na wyższe.

    2. BUZ11 wymaga wyższego Ugs dla pełnego otwarcia. Czytaj datasheet. Zastosuj MOSFET typu "Logic Level" o jak najmniejszym Rdson.
    Rgs= rzędu 10-47k.

    3. Takich prądów nie puszcza się na PCB, a jeśli już to ścieżki krótkie, "wzmocnione" nalutowanym drutem miedzianym. Cyna ma dużą oporność właściwą.

    4. MOSFET-P, stopień pośredniczący na np. BC547 w układzie WE, kolektor przez opornik zasilany z+12V (jak źródło MOSFET-a), bramka z kolektora.

    0
  • #3 23 Lis 2014 22:15
    _jta_
    Specjalista elektronik

    BD135 powinien mieć napięcie nasycenia około 200mV przy Ic=500mA Ib=25mA (typowo, według wykresów z noty Fairchild - inni nie podają takich informacji) - to oznaczałoby moc strat około 120mW, bez radiatora mógłby być gorący, z choćby małym radiatorkiem nie. Ale pewnie Ib jest znacznie mniejszy (pytanie, jaki prąd potrafi przepuścić ten transoptor - podejrzewam, że dużo za mały) i BD135 nie włącza się całkowicie - trzeba pamiętać, że przy Ic=500mA wzmocnienie może być 25, więc Ib powyżej 20mA jest konieczny). Rozumiem, że elektrozawór pobiera 500mA i nie może więcej? Z serwomotorem nie wiadomo, czy nie jest tak, że średni prąd jest 500mA, ale szczytowy kilka razy większy - tranzystor nie da rady przewodzić tego większego i wtedy się grzeje. Być może dodać tranzystor do wzmacniania prądu transoptora, albo zastosować inny tranzystor (i w tym celu przejrzeć parametry dostępnych tranzystorów) - ale zwykle tranzystory większej mocy mają małe wzmocnienie.

    BUZ11 ma oporność włączenia do 0.04Ω przy napięciu bramki 10V, ale przy prądzie 22A spadek napięcia to około 1.2V, moc strat 27W, a więc należy zapewnić temperaturę obudowy poniżej 50°ΩC, do tego musi być porządny radiator. Przydałoby się zastosować tranzystor o mniejszej oporności włączenia. W tej samej cenie, co BUZ11, jest PSMN004-25 - jest Logic Level i ma 10 razy mniejszą oporność włączenia! Może BD139 też zastąpić MOSFET-ami (chyba IRFD120 wystarczą, nie są dużo droższe, niż BD139, a chyba tańsze od porządniejszych bipolarnych), które nie wymagają dużych prądów do sterowania.

    0
  • #4 23 Lis 2014 22:29
    mmiissiieekk137
    Poziom 6  

    trymer01 napisał:


    1. BD13x się nie nadają, mają duże Ucesat co powoduje ze moc P=Uce Ic jest duża - ciepło. I to nawet jeśli dać mu duży Ib (czyli mały Rb).
    Rb=(5V-Ube)/Ib, ale to dla przypadku gdy baza jest zasilana wprost z 5V, gdy to idzie przez transoptor - ? - decyduje wydajność prądowa transoptora.
    Jeśli bipolarny to o prądzie Icmax=2-3A, i niskim Ucesat, Ib=0,1-0,05Ic=25-50mA i z tego liczyć opornik Rb w bazie. Ale czy transoptor da taki prąd? Są tranzystory wymagające mniejszego Ib - np. 2SC5706 - on dla Ic=0,5A wymaga Ib=10mA.

    Czy konieczna jest izolacja? - bo jeśli nie to po co transoptor?
    Najlepiej zastosować MOSFET - ale typu "Logic Level", albo zmienić zasilanie transoptora na wyższe.


    Co do izolacji, to w profesjonalnych rozwiązaniach z podobnymi układami sterującymi widziałem transoptory i je zastosowałem, chociaż osobiście nie widzę takiej potrzeby.

    Co do reszty to powalczę na tygodniu i zobaczymy co wyjdzie, dzięki.

    trymer01 napisał:


    2. BUZ11 wymaga wyższego Ugs dla pełnego otwarcia. Czytaj datasheet. Zastosuj MOSFET typu "Logic Level" o jak najmniejszym Rdson.
    Rgs= rzędu 10-47k.


    U mnie na bramkę BUZ11 idzie napięcie 12V po stabilizatorze napięcia i przez transoptor. Chodzi o to że transoptor może nie mieć wystarczającego wydatku żeby to 12V otworzyło tranzystor, tak?

    Co z łączeniem bramki i źródła? Muszą być połączone rezystorem bezpośrednio, czy mogę po prostu do masy?


    trymer01 napisał:


    3. Takich prądów nie puszcza się na PCB, a jeśli już to ścieżki krótkie, "wzmocnione" nalutowanym drutem miedzianym. Cyna ma dużą oporność właściwą.


    Zman dwa profesjonalne rozwiązania w których realizowane są takie prądy na PCB, ścieżki mają max 5mm szerokości, a płytka jest dwustronna. Stwierdzenie że nie puszcza się takich prądów na PCB znaczy, że jest to nieprofesjonalne i powoduje za duże zakłócenia w PCB, czy że po prostu mało która płytka to wytrzyma?

    trymer01 napisał:


    4. MOSFET-P, stopień pośredniczący na np. BC547 w układzie WE, kolektor przez opornik zasilany z+12V (jak źródło MOSFET-a), bramka z kolektora.


    Już wiem od czego zacząć. Dokształcę się jeszcze i będę próbował.

    Dzięki

    0
  • #5 24 Lis 2014 18:04
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Cytat:
    3) Wytrawiałem płytkę Cu 70um. Do zasilania silnika DC (20A) wytrawiłem dość szerokie ścieżki. Znalazłem kalkulator do obliczania szerokości ścieżek, ale wyszło mi, że przy takim laminacie, 20A, długość 25mm ścieżka powinna mieć 16mm szerokości. Kolega jakoś to poprzeliczał i wyszło, że 8 mm spokojnie powinno wystarczyć.
    A dla jakiego przyrostu temperatury liczyliście?

    Wg normy IPC-2221 (dostępna w sieci) żeby przy 20A ścieżka nie nagrzała sie bardziej niż 20°C ponad temperaturę otoczenia musi mieć 700 mils^2


    700mils^2 to ok 6,5mm na laminacie 70um.

    Oszacowanie nie jest dokładne, norma podaje tylko przekrój, nie uwzględnia powierzchni, ale od tego mozna zacząć.

    0
  • Semicon
  • #6 24 Lis 2014 22:25
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Z mojego doświadczenia: drut oporowy 0.1mm (konstantan), przy prądzie 250mA (gęstość liniowa mocy 4W/m, powierzchniowa 6.37mW/mm²) zaczynała przypalać się izolacja, co wymagało przyrostu temperatury 140°C. Żeby wzrost temperatury był 20°C, należy zmniejszyć gęstość powierzchniową mocy co najmniej 7 razy (zakładając liniową zależność mocy oddawanej od przyrostu temperatury - wzrost może być szybszy, niż liniowy), czyli gęstość powierzchniowa mocy nie powinna przekraczać 0.9mW/mm². Dla drutu okrągłego o przekroju 1mm² wychodzi gęstość powierzchniowa mocy 0.976mW/mm², dla ścieżki o szerokości 6.5mm 2.34mW/mm², dla ścieżki o szerokości 10mm 0.989mW/mm², dla szerokości 10.5mm 0.897mW/mm². Ale przyrost temperatury będzie nieco większy, bo miedź zwiększa opór przy wzroście temperatury - wychodzi, że potrzebna jest szerokość 11mm.

    0
  • #7 24 Lis 2014 23:21
    mmiissiieekk137
    Poziom 6  

    jarek_lnx napisał:
    Cytat:
    3) Wytrawiałem płytkę Cu 70um. Do zasilania silnika DC (20A) wytrawiłem dość szerokie ścieżki. Znalazłem kalkulator do obliczania szerokości ścieżek, ale wyszło mi, że przy takim laminacie, 20A, długość 25mm ścieżka powinna mieć 16mm szerokości. Kolega jakoś to poprzeliczał i wyszło, że 8 mm spokojnie powinno wystarczyć.
    A dla jakiego przyrostu temperatury liczyliście?

    Wg normy IPC-2221 (dostępna w sieci) żeby przy 20A ścieżka nie nagrzała sie bardziej niż 20°C ponad temperaturę otoczenia musi mieć 700 mils^2


    700mils^2 to ok 6,5mm na laminacie 70um.

    Oszacowanie nie jest dokładne, norma podaje tylko przekrój, nie uwzględnia powierzchni, ale od tego mozna zacząć.


    Rozumiem, że policzyłeś z tego kalkulatorka: http://circuitcalculator.com/wordpress/2006/01/31/pcb-trace-width-calculator/

    A gdzie znalazłeś dane dla płytek miedzianych?

    0
  • #8 25 Lis 2014 17:29
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Cytat:
    Rozumiem, że policzyłeś z tego kalkulatorka:
    Odczytałem z nomogramu w dokumencie IPC2221, teoretycznie na to samo wychodzi.

    Cytat:
    A gdzie znalazłeś dane dla płytek miedzianych?
    Nie rozumiem, nie spotkałem jeszcze PCB z innym przewodnikiem niż Cu, chyba że chodzi ci MCPCB.

    0
  • #9 25 Lis 2014 21:13
    vonar
    Poziom 28  

    jarek_lnx napisał:
    Wg normy IPC-2221 (dostępna w sieci) żeby przy 20A ścieżka nie nagrzała sie bardziej niż 20°C ponad temperaturę otoczenia musi mieć 700 mils^2

    Tyle wychodzi według starej IPC-2221A. W kalkulatorach korzystających z IPC-2152 wynik to ~1700 mils² (!) (ok. 16 mm szerokości przy 70 µm).

    http://www.smps.us/pcb-calculator.html

    0
  • #10 25 Lis 2014 21:55
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Według http://circuitcalculator.com/wordpress/2006/01/31/pcb-trace-width-calculator/ przy natężeniu 20A i grubości 70um moc strat jest 17W/m i potrzebna jest szerokość 6.14mm; przy tym samym natężeniu i grubości 14um moc strat jest ta sama, a potrzebna szerokość 30.7mm - a przecież ilość ciepła oddawana do otoczenia przy takiej samej różnicy temperatur zależy od wielkości powierzchni, przez jaką jest oddawane - coś tu jest źle liczone. Według http://www.smps.us/pcb-calculator.html też zakłada się, że potrzebny przekrój miedzi nie zależy od grubości (i w związku z tym od powierzchni, przez jaką jest oddawane ciepło).

    0
  • #11 26 Lis 2014 19:08
    mmiissiieekk137
    Poziom 6  

    Zrezygnuję z transoptora. Zastosuję mosfety, zacznę od wspomnianego IRFD120 zamiast bd135.

    Macie jakieś szczególne wskazówki dotyczące parametrów gdybym szukał innych tranzystorów?

    trymer01 napisał:

    BUZ11 wymaga wyższego Ugs dla pełnego otwarcia. Czytaj datasheet. Zastosuj MOSFET typu "Logic Level" o jak najmniejszym Rdson.
    Rgs= rzędu 10-47k.


    Parametry BUZ11:
    Ugs = 20V
    Rdson = 30mOhm
    Rgs = 50 ohm

    NTP60N06L-D:
    Ugs = 15V
    Rdson = 12mOhm
    Rgs = 9,1 Ohm

    PSMN004-25:
    Ugs = 15V
    Rdson = 4,3 mOhm
    Rgs = 5,6 Ohm

    Ty podałeś Rgs = 10-47kOhm. Nie mogę nigdzie takich znaleźć. Czym będzie skutkować zastosowanie tak niskiego Rgs jak w moim przypadku?

    Próbowałem znaleźć jakieś wyszukiwarki ale na marne. Na elektrodzie znalazłem KTB, ale nie chce mi działać. Na różnych stronach np: tme też nie ma wyboru po tak zaawansowanych parametrach, a na piechotę to trwa wieki.
    Czy jest jakiś szybszy sposób?

    P.S. Jeśli macie namiary na sklep internetowy gdzie mają największy asortyment to będę wdzięczny, bo puki co to każdy znajduje w innym sklepie.

    Dziękuję

    0
  • #12 27 Lis 2014 00:19
    _jta_
    Specjalista elektronik

    R_GS, który podajesz dla BUZ11, to oporność między G i S, dla której zmierzono czas wyłączania (a może włączania też?) - to wymaga rozładowania pojemności bramki poprzez tę oporność. Podobnie dla PSMN004-25 i NTP60N06L - podałeś oporność, przez którą ładuje się i rozładowuje bramkę. Jeśli nie robisz jakiejś regulacji PWM, to nie ma to większego znaczenia. Oczywiście, im mniejsza ta oporność, tym krótsze czasy - do szybkiego przełączania stosuje się specjalne układy scalone o małej oporności wyjściowej.

    0
  • #13 06 Gru 2014 20:22
    mmiissiieekk137
    Poziom 6  

    Miałem trochę czasu na tygodniu i walczyłem. Sprawdziłem transoptor i max. może on podać 50mA. Stwierdziłem więc, że jest wystarczający do sterowania tranzystorami.

    Usunąłem rezystory pomiędzy transoptorem i tranzystorami BD135 i układ śmiga. Tranzystory się nie grzeją, wszystko jest dobrze. Dopiero jak zacznę sterować (załączać i rozłączać) z częstotliwością powyżej 1Hz to prąd rośnie w pikach do 2 A i wtedy zaczynają się grzać, ale mały radiatorek załatwia sprawę.

    Dla testów zastosowałem też zamiast BD135 zaproponowany IRFD120 (oczywiście bez rezystora pomiędzy transoptorem i G). Działał, ale po dłuższej chwili ciągłej pracy robił się ciepły, więc z niego zrezygnowałem.

    Co do Buz11 to zastosowałem P80NF55: 80A, Rds(on)=8mOhm i mogę się nim bawić do woli, załączać, rozłączać, nie grzeje się wcale.

    Jak znajdę więcej czasu to będę walczył ze sterowanie elektrozaworów przy pomocy plusa a nie masy.

    Dziękuję i pozdrawiam.

    0
  • #14 06 Gru 2014 20:43
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Do sterowania od strony plusa należałoby użyć tranzystorów PNP, np. BD136, albo BD284 (bo 2A to trochę za dużo na BD135-BD140, a BD284 jest na parę razy większe prądy). Wypatrzyłem jeszcze tani tranzystor PNP nieco mocniejszy od BD136: MPS-U51. Albo MOSFET-a z kanałem P, ale jest dużo mniejszy wybór, są droższe i gorsze, niż z kanałem N. Albo do sterowania bramek dodatkowe zasilanie, jeszcze bardziej plus, niż to, z którego zasilasz elektrozawory. Jeszcze są układy PROFET, dość tanie (jeśli to jeszcze aktualne), włączają na plusie, steruje się poziomami TTL, albo jakoś podobnie. Kiedyś o nich wspomniałem na forum: link.

    0