Ke-92 tidak cukup panas

Saya mengendalikan kipas DC oleh AVR MCU dan saya ingin tahu tentang karakteristik termal dari transistor NPN 2N3904 di mana kipas terhubung.

Membaca lembar data transistor , saya menemukan nilai-nilai berikut:

R_{θ J - A} = 200^{\circ} C/W

$R_{\theta J-A} = 200\text{ }^{\circ}\text{C/W}$

R_{θ J - C} = 83.3^{\circ} C/W

$R_{\theta J-C} = 83.3\text{ }^{\circ}\text{C/W}$

Saya harapkan tahanan termal antara ambien dan kasing menjadi:

R_{θ C - A} = R_{θ J - A} - R_{θ J - C} = 116.7^{\circ} C/W

$R_{\theta C-A} = R_{\theta J-A} - R_{\theta J-C} = 116.7\text{ }^{\circ}\text{C/W}$

Artinya, saya perkirakan case akan naik atas suhu sekitar untuk setiap watt daya yang dimasukkan melalui transistor. $116.7\text{ }^{\circ}\text{C/W}$

Sekarang, baca voltase di terminal kipas dengan multimeter saya, serta arus yang kipas makan:

V = 11.45 V

$V = 11.45\text{ V}$

A = 73 mA

$A = 73\text{ mA}$

Sekarang saya menghitung suhu kasing yang saya harapkan:

P = V \times A = 0.83 W

$P = V \times A = 0.83\text{ W}$

T_{C} = T_{A} + P \times R_{θ C - A} = 18 + 0.83 \times 116.7 = 114.86^{\circ} C

$T_C = T_A + P \times R_{\theta C-A} = 18 + 0.83 \times 116.7 = 114.86\text{ }^{\circ}\text{C}$

Setelah kipas berjalan selama 5+ menit, saya melanjutkan untuk menyentuh transistor dan gagal total dalam mendapatkan jari saya terbakar. Temperatur kasing mungkin sedikit di atas ambien, tetapi tidak cukup hangat sehingga saya akan merasakan sensasi panas di jari-jari saya.

Di suatu tempat di sepanjang garis, saya membuat kesalahan besar dalam pemahaman saya tentang desain termal. Apa yang saya lakukan salah?

transistors thermal power-dissipation

— Nikola Malešević
sumber

Pekerjaan bagus membentuk pertanyaan yang koheren dan menunjukkan pekerjaan Anda.

— Matt Young

^ +1, tapi saya tidak mengerti alasan Anda untuk resistensi termal 'case-to-ambient'. Daya dihamburkan di persimpangan dan Anda mengukur pada kasus ini, jadi Anda harus menggunakan nilai R_j-c dalam perhitungan Anda. Kasing memanas 83,3C per Watt menghilang di persimpangan.

— vofa

Meskipun tidak terkait dengan pertanyaan Anda, FYI diagram pengkabelan menunjukkan ada persyaratan yang hilang untuk operasi ATmega yang dapat diandalkan, misalnya koneksi hilang ke pin 20 (bahkan ketika ADC tidak digunakan), hilang koneksi Gnd ke pin 22 ( kedua koneksi Gnd harus digunakan), hilang kapasitor decoupling dekat dengan MCU dll. Semua detail yang hilang dapat menyebabkan operasi tidak dapat diandalkan tergantung pada faktor-faktor lain misalnya persyaratan GPIO saat ini untuk wastafel / sumber eksternal, kebisingan pada power rail yang masuk, dll. Baca lembar data & riset MCU "papan tempat memotong roti Arduino" untuk info lebih lanjut.

A V_{C C}

$\small AV_{CC}$

— SamGibson

@vofa R_j-c akan memberi saya perbedaan suhu antara persimpangan dan kasing. Meskipun itu berguna, bukan itu yang bisa saya ukur dengan jari saya. Apa yang saya lakukan adalah mencoba memprediksi perbedaan antara case dan ambient, dan itu cocok dengan dunia nyata ketika menghitung daya yang digunakan oleh transistor dengan benar.

— Nikola Malešević

@SamGibson Gambar di atas sangat disederhanakan. Saya sebenarnya menggunakan ATmega32 dengan beberapa sensor suhu, beberapa penggemar, komunikasi serial, dll. Tetapi semua ini akan membawa suara dalam pertanyaan ini. Saya sudah memiliki penutup decoupling, serta pembatalan derau analog. Terima kasih atas komentarnya.

— Nikola Malešević

The 0,83 W adalah kekuatan yang masuk ke kipas, bukan transistor.

Daya yang dihamburkan oleh transistor pada dasarnya adalah nilai arus yang sama, tetapi dikalikan dengan tegangan dari C ke E, yang mungkin hanya pada urutan 200-300 mV ketika jenuh. Itu akan membuat disipasi transistor sekitar 15-20 mW, yang akan memberi Anda kenaikan suhu hanya beberapa derajat.

— Dave Tweed
sumber

Masuk akal, terima kasih. Saya mengukur penurunan tegangan 170 mV antara kolektor dan emitor memberi saya kenaikan suhu 1,45 derajat Celcius, cocok dengan sensasi pada jari-jari saya. Megah! Apakah sisa nalar saya masuk akal?

— Nikola Malešević

Ya, to the point. Ya, itu sah untuk menambah dan mengurangi hambatan termal dengan cara itu. Namun, perlu diingat bahwa nilai resistansi "case to ambient" sangat dipengaruhi oleh hal-hal seperti menyentuh kasing dengan jari Anda, atau bahkan seberapa banyak Anda menghirupnya, jadi mencoba memprediksi kenaikan suhu tertentu akan menjadi tunduk pada semua jenis kesalahan.

— Dave Tweed