Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
TermopastyTermopasty
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Testowanie wytrzymałości tranzystorów

12 Jun 2019 17:55 1800 78
  • Level 25  
    Witajcie,
    Zalega mi w szufladzie trochę mocniejszych tranzystorów NPN (typu 2SC5200). Niestety, prawie na pewno część z nich to podróbki. Chciałbym oddzielić te wartościowe, do tego potrzebowałbym jakiegoś testera.

    Myślałem o czymś takim jak na schemacie poniżej:
    Testowanie wytrzymałości tranzystorów

    Układ dość prowizoryczny. Wystarczyłoby dobrać napięcie zasilania odpowiednie do tranzystora, przykręcić go do radiatora i zmniejszać rezystor bazy aż do uzyskania zadowalającego prądu. Dla takiego przykładowo 2SC5200 dałbym Vcc = 30V i dążył do uzyskania prądu 3A.
    Będzie to w miare bezpiecznie działać?
    [30.03.2021, darmowy webinar] Nowoczesna diagnostyka maszyn, monitorowanie i przewidywanie awarii. Zarejestruj się
  • TermopastyTermopasty
  • Level 31  
    Witam
    Ja swego czasu sprawdzałem tranzystory mocy w podobnym układzie, lecz tranzystor pracował jako wtórnik emiterowy ( rezystor "na emiterze"); w Twoim przypadku może dojść do sytuacji że nie wyłapiesz momentu otwarcia tranzystora, lub przez nieuwagę puścisz Vcc przez łącze B-E.

    Pozdr.
  • Level 29  
    Pamiętaj też o zależności Uce i wzmocnienia w funkcji temperatury. Lepiej na bazę podłączyć źródło prądowe: Link.
  • Level 41  
    aj123 wrote:
    prądu. Dla takiego przykładowo 2SC5200 dałbym Vcc = 30V i dążył do uzyskania prądu 3A.
    Będzie to w miare bezpiecznie działać?
    Nie.
    Kolega chce zmierzyć betę.
    Powinno być Uce 2-5V. Nie 30V.
    Natomiast napięcie zasilające rezystor bazy z bateryjki 9V.
    Ib = 9V-07V/Rb
    Nie potencjometr ale różne wartości Rb włączane na moment - przełącznikiem.
  • Level 25  
    Chwila, chwila.
    Uce takie duże bo rezystor wpięty jako obciążenie ma małą wartość - całość działa trochę jak sztuczne obciążenie.
    Nie chce mierzyć bety; chcę sprawdzić czy tranzystor mi wybuchnie czy nie, po obciążeniu go na chwilę w granicach, które oryginał powinien wytrzymać.
  • Level 25  
    Na tym się opieram. Taki przykładowo 2SC5200 powinien wytrzymać 5A przy napięciu Uce równym 30V.

    W warunkach testowych był przykręcony do radiatora przez podkładke mikową i paste na bazie srebra, chłodzonego wentylatorem. Test trwał kilka sekund, ale to wystarczyło; oryginał wytrzymywał 3A, natomiast podróbka dostawała przebicia do bazy przy ~1A.
  • TermopastyTermopasty
  • Moderator of Designing
    https://www.tme.eu/Document/cf5dd35f638dd8ed180bd72300b3c766/7890.pdf
    Dla warunków 5A x 30V=150W - moc tracona.
    Pcmax=150stC -> Rthjc=(Tjmax-Ta)/Pcmax=(150-25)150=0,83K/W - to Rth złącze - obudowa.
    To oznacza, że można wytracić moc 150W jeśli użyjesz radiatora idealnego, który utrzyma temp. obudowy (obudowy tranzystora, nie radiatora), i połączysz obudowę tranzystora z radiatorem bez żadnego oporu termicznego (np. spawaniem?). Taki radiator nie istnieje.
    max Pc=(Tjmax-Ta)/(Rthjc+Rthcs+Rthsa) - tyle można realnie wytracić mocy.
    Taki radiator nie istnieje, nawet złoty i wielkości biurka, z wentylatorem o średnicy 1m, bo musiałby mieć Rthsa=0, a przecież po drodze jest tam jeszcze Rthcs.
    W efekcie rozpraszając moc 150W w ciągu ok. 1 sek złącze tranzystora przegrzewa się do tem. znacząco wyższej niż 150stC - 200stC? - a może 250stC?
    aj123 wrote:
    Test trwał kilka sekund

    Zapewne zmyliło Cię to, że radiator był zimny, a obudowa zdążyła sie ledwo zagrzać. To nieważne, ważna jest temp. złącza, a do jego nagrzania wystarczy czas rzędu 1 sek.
    Co warte są badania w tych warunkach?
    Zauważ że na wykresie SOAR masz warunek: Tc=25stC.
    I napisano tam:
    "Curves must be derated linearly with increase in temperature." - a Ty nie znasz temp. złącza, i jest ona na pewno poza dopuszczalnym maximum.
    To już lepiej badać w obszarze występowania drugiego przebicia - np. 100V/0,45A, tranzystor w bieżącej wodzie.
    aj123 wrote:
    był przykręcony do radiatora przez podkładke mikową

    A to rzucałeś sobie kłody pod nogi.
    aj123 wrote:
    oryginał wytrzymywał 3A

    Sam widzisz - dlaczego nie 5A? Bo przegrzany był.
  • Level 25  
    Dobra, teraz to mnie zagiąłeś :D Zwracam honor.
    Tak z ciekawości, jaką moc *realnie* mogę wytracić z takiego pojedyńczego tranzystora w warunkach chłodzenia aktywnego (radiator/wentylator)?
    20%? 30%? z tych 150W.
  • Moderator of Designing
    50W
    aj123 wrote:
    w warunkach chłodzenia aktywnego (radiator/wentylator)?

    To niewiele mówi. Wzory podałem wyżej. Wynika z nich że im większą moc chcesz schłodzić, tym większy i droższy jest zespół chłodzący, a tym mniejsze są przyrosty mocy strat, które się udaje schłodzić. Z tego wniosek, że powyżej pewnej granicy się to nie opłaca, z praktyki wiadomo, że ta granica to ok. 3Rthjc - czyli tutaj ok. 2,5K/W, stad P=(150-25)/2,5=50W albo (150-45)/2,5= ok. 40W.
    Da się więcej - jeśli chcesz bić rekordy.
  • Level 41  
    aj123 wrote:
    Tak z ciekawości, jaką moc *realnie* mogę wytracić z takiego pojedyńczego tranzystora w warunkach chłodzenia aktywnego (radiator/wentylator)?
    20%? 30%? z tych 150W.
    Zależy jaką temperaturę samej obudowy utrzymasz.
    Przy temperaturze obudowy 25°C jest 150W mocy.
  • Moderator of Designing
    CYRUS2 wrote:
    Zależy jaką temperaturę samej obudowy utrzymasz.

    Temperatura obudowy nie ma znaczenia.
    Tylko temperatura złącza, chociaż temp. obudowy Tc jest związana z temp. złącza Tj zależnością: Tj=Tc+Rthjc x Pc.
    CYRUS2 wrote:
    Przy temperaturze obudowy 25°C jest 150W mocy.

    Nie da się schłodzić obudowy do temp. otoczenia (25stC). Dlatego tej informacji nie wolno odczytywać wprost, ale jako slogan marketingowy a jednocześnie jako w zaowalowany sposób podaną wartość Rthjc=(Tjmax-Ta)/Pc=(150-25)/150=0,833K/W.
  • Electronics specialist
    A może dla rozpoznania podróbek mierzyć zależność wzmocnienia od prądu? Jeśli w środku siedzi mniejsza struktura, to zapewne i prąd, od którego wzmocnienie szybko maleje, jest mniejszy - a ten prąd jest zwykle znacznie mniejszy od dopuszczalnego, więc takie badanie powinno być bezpieczne.

    Inna rzecz, którą można mierzyć, to wpływ podgrzania mocą wydzielaną w tranzystorze na napięcie przewodzenia złącza baza-emiter. Jeśli oporność cieplna struktury do obudowy jest większa, to struktura nagrzeje się do wyższej temperatury, zmiana napięcia będzie większa.
  • Level 25  
    A można się sugerować wagą tranzystora?
    Dysponuję wagą z dokładnością do 10mg i ważyłem ostatnią jakąś Toshibe, która według noty powinna ważyć typowo 9,75g, a ważyła 8,99g.

    Swoją drogą, tak się zastanawiam; jeśli jest taki zasilacz z electronics lab i tam mamy jeden tranzystor wyjściowy to jak ustawię napięcie wyjściowe 1V i obciążę go prądem 3A to na tym tranzystorze odłoży się całe napięcie zasilania praktycznie, a to szybko przekoczy moc wytracaną 50W.
  • Electronics specialist
    "według noty powinna ważyć typowo 9,75g, a ważyła 8,99g" - a firma mogła zmienić technologię tak, że tranzystor działa lepiej, a waży mniej; a może w nocie podano wagę brutto - do oceny, ile waży opakowanie tranzystorów, bo koszt wysyłki zależy od wagi... Swoją drogą, nie zauważyłem, by w notach podawano wagę.
  • Level 25  
    Przykładowo, w nocie katalogowej Toshiby dla 2SC5200 jest podana waga, na pierwszej stronie, pod rysunkiem technicznym tranzystora.
    Wiem, że jakieś tranzystory (chyba sankena) dało się na podstawie wagi odróżnić od podróbek (oryginał miał jakąś dodatkową płytke wewnątrz struktury).

    Co z tą mocą wytracaną w zasilaczu?
  • Moderator of Designing
    _jta_ wrote:
    A może dla rozpoznania podróbek mierzyć zależność wzmocnienia od prądu? Jeśli w środku siedzi mniejsza struktura, to zapewne i prąd, od którego wzmocnienie szybko maleje, jest mniejszy - a ten prąd jest zwykle znacznie mniejszy od dopuszczalnego, więc takie badanie powinno być bezpieczne.

    Inna rzecz, którą można mierzyć, to wpływ podgrzania mocą wydzielaną w tranzystorze na napięcie przewodzenia złącza baza-emiter. Jeśli oporność cieplna struktury do obudowy jest większa, to struktura nagrzeje się do wyższej temperatury, zmiana napięcia będzie większa.

    Mierzenie zależności bety od Ic ma jakiś sens, ale duże ryzyko błędu, bo ta zależność jest podawana co najwyżej jako typowa, będzie dużo ciepła ( np. Uce=5V i Ic rzędu 5-10A) - a beta zależy od temp......
    Pomiar Ube dla wyzn Rth - wyznaczanie Rthja niewiele da, bo wszystkie tranzystory w danej obudowie mają zbliżone Rthja - np. TO-220 ma ok. 60K/W.
    Pomiar Rthjc powiedział by więcej, ale to nie jest łatwe. To tak, jakby ktoś chciał zbudować laser tylko do przypalania papierosa.
    Waga elementu zawsze podawana jes w nocie katalogowej szanującego się producenta. Nie podają firmy "krzaki".
    Zasilacz 30V/3A z nastawionym Uwy=1V, Iobc=3A - moc strat na tranzystorze wykonawczym wyniesie blisko 100W i żaden radiator nie wystarczy, praktycznie każdego typu tranzystor się ugotuje (1 szt.).
  • Level 11  
    W warunkach normalnej pracy w urządzeniu (sensownej wielkości radiator, chłodzony powietrzem) schłodzenie obudowy do 25stC przy mocy maksymalnej nie jest możliwe.
    Ale co innego na stanowisku testowym, można chłodzić wodą, nawet w obiegu otwartym, pomiędzy normalną pracą w urządzeniu, a rozbudowanym stanowiskiem laboratoryjnym producenta półprzewodników, które pozwala odebrać setki watów nawet z obudowy TO-220, jest jeszcze wiele możliwości pośrednich.

    Uzyskanie 25stC na obudowie przy maksymalnej mocy nie jest nierealne, po prostu wymaga aby radiator/wymiennik miał mniej a woda go chłodząca jeszcze mniej.

    Niska temperatura obudowy i duże moce strat dają lepsze szanse na uszkodzenie egzemplarzy o mniejszej strukturze i wyższym Rthjc. Im wyższa temperatura obudowy i mniejsza moc strat tym różnice w temperaturach struktury będą mniejsze.

    Potencjometr 100k to bzdura, prąd bazy będzie duży takim potencjometrem niczego nie wyregulujesz, lepiej było by aby tranzystor sobie sam regulował Uce (z dodatkiem drugiego tranzystora i zenerki) a zasilacz pracujący w trybie prądowym zadecyduje o wydzielanej mocy.
  • Electronics specialist
    Chodzi mi o to, żeby na chwilę obciążyć tranzystor dużą mocą, a potem zmierzyć, jak narasta napięcie baza-emiter na skutek stygnięcia struktury. Przyrost temperatury przy chwilowym obciążeniu będzie zależał od stosunku ilości ciepła do masy struktury, stała czasowa stygnięcia od iloczynu tej masy i Rthjc. Wykryje się w ten sposób zarówno zbyt dużą Rthjc, jak i zaniżoną masę struktury.

    Tyle w mocno uproszczonej teorii... na masę i na Rthjc składa się cała konstrukcja tranzystora i prosty opis w stylu "skokowy wzrost temperatury od temperatury otoczenia/obudowy o ilość ciepła podzieloną przez masę i ciepło właściwe struktury, a potem eksponencjalny zanik ze stałą czasową równą iloczynowi masy, ciepła właściwego i Rthjc" pewnie będzie dość odległy od rzeczywistości - błyskawicznie nagrzeje się sama struktura tranzystora, od niej wyraźnie wolniej cały kryształ półprzewodnika, od niego jakiś element obudowy, i pewnie dużo wolniej ciepło zacznie się rozpływać po całej obudowie.

    I trzeba to robić w krótkim czasie - pewnie dziesiątki milisekund na podgrzewanie struktury dużą mocą, ułamek sekundy na serię pomiarów, która złapie początek charakterystyki stygnięcia, i wiele sekund na pomiar ostatecznego zaniku różnic temperatury w tranzystorze. Koniecznie sterowanie pomiaru przez uC, powinien mieć ADC - może Arduino, może STM32F103 (są w podobnej cenie, STM szybciej i dokładniej mierzy, Arduino chyba znacznie łatwiej zaprogramować).
  • Level 25  
    Dwa równolegle połączone 2SC5200 poradzą sobie z wytraceniem tych 100W? (50W/tranzystor)
    Czy wartość ich rezystorów emiterowych wystarczy 0,05R?
  • Level 28  
    Rok temu miałem doczynienia z podróbkami 2SA1943. Różnice to cieńsza obudowa i inne pojemności pomiędzy wyprowadzeniami.
  • Level 25  
    Dwa równolegle połączone 2SC5200 poradzą sobie z wytraceniem tych 100W? (50W/tranzystor)
    Czy wartość ich rezystorów emiterowych wystarczy 0,05R?
  • Level 28  
    Obudowa jednego 2SC5200 zapewnia rezystancję termiczną na poziomie 0,8K/W, z tego wynika że że dla 100W mocy, radiator w miejscu styku z tranzystorem nie może nagrzać się do temp. większej niż 150-80=70stopni C w zakładanej maksymalnej temperaturze otoczenia. Idąc dalej, zakładając temperaturę otoczenia 50stC, potrzebujesz radiatora o rezystancji termicznej nie więcej niż (70-50)/100= 0,2K/W. np. https://www.tme.eu/pl/details/la6_150_12v/radiatory/fischer-elektronik/la-6-150-12/
    Jeśli tranzystory mają być równolegle, to wartość opornika w emitrze zależy głównie od prądu oraz spodziewanej nierównomierności nagrzewania się tranzystorów. Nie wiemy jaki prąd zakładasz przepuszczać przez ten rezystor.
    Ciężko będzie skompensować układ podwójny tak aby uzyskać równy podział nocy 50/50%, gdyż układ jest termicznie niestabilny. Ciężko będzie bez pomiarów, ale w pierwszym przybliżeniu warto przyjąć spadek napięcia na rezystorach emiterowych rzędu 200 - 300mV.
  • Level 25  
    Ogólnie chcę uzyskać prąd 3A, czyi po 1,5A na tranzystor. Tranzystory są umieszczone jeden obok drugiego, w odległości 1 cala pomiędzy ich otworami montażowymi, a sam radiator jest zamontowany na zewnątrz obudowy i chłodzony wentylatorem więc te 50°C temperatury otoczenia to trochę na wyrost.
  • Moderator of Designing
    pawlik118 wrote:
    w pierwszym przybliżeniu warto przyjąć spadek napięcia na rezystorach emiterowych rzędu 200 - 300mV.

    To może skutkować słabą stabilnością i nierównym podziałem prądu.
    Dobre efekty otrzymuje się dla Ur= >0,5Ube.
    Dla 2SC5200 https://www.google.pl/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=...me%3D2SC5200&usg=AOvVaw0RovyY8eHosxbMmJucQyb8 dla Ic=2A i temp. 100stC Ube= ok. 0,6V, więc Ur= min. 0,3V, ale gdy tranzystor będzie zimny jego Ube= ok. 0,75V. Przyjmując U3=0,4V, dla I=1,5A, R=0,4/1,5=0,27 Ohm.
    aj123 wrote:
    Tranzystory są umieszczone jeden obok drugiego, w odległości 1 cala pomiędzy ich otworami montażowymi

    Nie wiem czy to dobrze, trzeba by znać wymiary radiatora. generalnie tranzystory powinny być zamontowane na radiatorze tak, aby każdy z nich był na środku "swojej połówki" radiatora (po jego wirtualnym przecięciu na pół).
  • Level 28  
    Prąd (1,5A) nie jest duży więc w tej sytuacji rzeczywiście nie ma co przesadnie oszczędzać na mocy wytracanej na rezystorach emiterowych, dla proponowanych 0,27 ohm wydzielana na nic moc wyniesie zaledwie P=1,5*1,5*0,27=0,6W.
  • Electronics specialist
    pawlik118 - około 0.6 W na każdym, spadek napięcia 0.405 V.

    Mam wrażenie, że stabilność zależy od wyrażenia: U_RE + k*Tj/e + (Tj-Ta) * th_VB(Ic), gdzie: U_RE = spadek napięcia na oporniku emiterowym, k = stała Boltzmanna, e = ładunek elektronu (k/e to około 0.086 mV/°K; k*Tj/e to około 35mV dla nagrzanego tranzystora, 26mV dla zimnego), Tj i Ta = temperatury złącza i otoczenia, th_VB(Ic) = współczynnik temperaturowy napięcia baza-emiter (około -2mV/oK, zbliża się do 0 ze wzrostem Ic). Jeśli to wyrażenie jest ujemne (może być ujemne, bo th_VB jest ujemne), układ jest niestabilny; może lepiej użyć bezwymiarowego wyrażenia (U_RE + k*Tj/e) / (Tj-Ta) / th_VB(Ic) + 1, gdy ono jest dodatnie, układ jest niestabilny, im bardziej jest ujemne, tym bardziej układ jest stabilny. Z grubsza, można oczekiwać progu stabilności przy napięciu baza-emiter 0.2V (przy Tj=150°C, Ta=35°C).

    Jeśli tranzystory są na radiatorze blisko siebie, to zamiast Ta do wzoru powinna wejść temperatura, do której nagrzeje się radiator przy jednym tranzystorze wtedy, gdy moc wydziela się tylko w tym drugim - wychodzi z tego lepsza stabilność, ale gorsze chłodzenie.
  • Electronics specialist
    To zależy, na ile dobrze dobierzesz tranzystory o zbliżonym napięciu baza-emiter. Jeśli z tego wzoru (U_RE + k*Tj/e) / (Tj-Ta) / th_VB(Ic) + 1 wychodzi liczba dodatnia, to nie ma to znaczenia - układ jest niestabilny. Jeśli ujemna (już dla 0.24 oma będzie ujemna, pewnie prawie -1), to % różnica prądów będzie równa % różnicy tych prądów bez oporników i nagrzewania tranzystorów podzielonej przez wartość wyliczoną z tego wzoru. Powiedzmy, że z wzoru wyjdzie -0.8, a weźmiesz tranzystory, których prądy będą się różnić o 12% bez oporników i nagrzewania - w układzie i po nagrzaniu wyjdzie różnica 12%/0.8 = 15%. Można dać większe oporniki w emiterach tak, by wyszło -2, i dla tych samych tranzystorów mieć różnicę prądów 6%.

    Można jeszcze, jak pomierzysz parametry tranzystorów, zmienić jeden z tych oporników tak, żeby wyrównać prądy tranzystorów (w stanie nagrzanym).

    A można, jeśli chodzi o testowanie tranzystorów (i do tego ma być układ zasilający) włączać duży prąd tylko na chwilę - tak, że niewiele się nagrzeją. I może nawet nie trzeba stabilizować prądu, ani napięcia - wystarczy zmierzyć i wyliczyć, jaką energię pochłonął tranzystor, a potem mierzyć zanik nadwyżki temperatury, żeby mieć z czego wyliczyć pojemność cieplną struktury i oporność cieplną do obudowy.