Frage:
Was könnte der Grund sein, dass dieser Transistor unerwartet zu heiß wird?
ty_1917
2020-02-09 02:03:27 UTC
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In der folgenden Schaltung kann für den Transistor Folgendes berechnet werden: Vce = 4,5 V und Ic = 170 mA.Ich habe dies auch auf Steckbrett implementiert und fast die gleichen Mengen gemessen.

enter image description here

Der Operationsverstärker ist ein LM324 und das NPN-Transistor-Datenblatt ist hier.

Hier ist das Foto des Transistors:

enter image description here

Die Transistorleistung in der obigen Schaltung muss P = VcexIc sein.Dies wird 4,5 V × 0,18 A, was weniger als 1 W Leistung ist

Im Transistor-Datenblatt wird der Wärmewiderstand mit 10 Grad pro Watt angegeben.In meinem Fall erwarte ich also nicht mehr als 10 ° C.Die Raumtemperatur beträgt 25 ° C und ich erwarte 35 ° C für die Tansistoroberfläche.

Aber wenn ich mit dem Finger berühre, fühlt es sich an, als wäre es sehr heiß wie 100 ° C. Ist meine Interpretation der Temperatur falsch oder ist meine Erwartung falsch?Warum wird es so heiß?

Das ist der Wärmewiderstand im Verbindungsgehäuse.Egal wie heiß Sie das Gehäuse werden lassen, die Verbindungsstelle ist 10 ° C heißer (bei 1 W).Ich denke du hast den Kühlkörper vergessen.
@BrianDrummond Aber wie kann die Sperrschichttemperatur berechnet werden und wie kann ich wissen, ob ich einen Kühlkörper benötige?
Nur um zu kommentieren: Sie können 100 ° C nicht berühren.Es wird dich sofort verbrennen.Schon 70 ° C sind gefährlich.https://i.imgur.com/mj7szFc.png Wenn Sie es also auch nur aus der Ferne berührt haben und es sich *** heiß anfühlt *** und Sie nicht verbrannt wurden: Die Temperatur liegt innerhalb der Spezifikationen.Dieser Transistor kann problemlos bei bis zu 125 ° C arbeiten.
@NatsuKage Eine andere Sache, die ich beobachtet habe, ist, dass das IR-Thermometer seine Temperatur aus irgendeinem Grund nicht messen kann. Es zeigt an, dass es 25 ° C beträgt, aber es kann nicht sein, dass es sich wirklich autsch anfühlt.
Fühlt sich autsch an, als hätten Sie sofort weiße Haut verbrannt und müssten Salben oder kaltes Wasser auftragen?Sie sind definitiv in einem brauchbaren Bereich, wenn es sich nur autsch anfühlt.xD
Nein, ich brauchte nicht einmal mehr als eine Sekunde.Ich verließ die Rennstrecke für 10 Minuten, es funktionierte immer noch.Wenn es durch Überhitzung beschädigt wird, passiert es sofort ???
@ty_1917 Wenn Sie es wirklich mit einem IR-Thermometer messen möchten, müssen Sie es schwarz lackieren.Wenn es 10 Minuten funktioniert hat, sollte es in Ordnung sein.Aber selbst der kleinste Kühlkörper verhindert einen Ausfall, wenn er sich in einer geschlossenen Umgebung ohne Luftstrom befindet.
@NatsuKage, 100 ° C verbrennt Sie nicht sofort, wenn Sie den heißen Gegenstand berühren ... es tut weh, aber ob es Schaden verursacht, hängt von anderen Faktoren ab
@jsotola Ich sage nur Sachen aus Wiki-Quellen.Ich werde das nicht so schnell beweisen.xD "Bei 70 ° C (185 ° F) oder mehr beträgt die Expositionszeit, die erforderlich ist, um eine transepidermale Nekrose zu verursachen, weniger als 1 Sekunde." https://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_burn#cite_note-path-14
Der einzige Grund, warum dieser Transistor ** unerwartet ** zu heiß wurde, ist die Tatsache, dass die Erwartungen nicht realistisch waren.
Es ist wahrscheinlich nicht einmal in der Nähe von 100 ° C.In diesem Fall ist die Temperaturmessung des Thermokopplers an einem Multimeter praktisch.
_ "Nur um zu kommentieren: Sie können 100 ° C nicht berühren. Es wird Sie sofort verbrennen." _ - Sicher können Sie, nur kurz.Und nein, wird es nicht, nicht sofort.Zum Vergleich kann ich Lebensmittel und den Rost in meinem Ofen bei etwa 200 ° C sehr kurz berühren.Wenn Sie Ihren Finger eine ganze Sekunde lang darauf halten können, stimme ich zu, dass es sehr wahrscheinlich unter 100 ° C liegt.Aber zu sagen, dass man bei 100 ° C etwas nicht anfassen kann, ist etwas ungenau.Sie sollten auch die thermische Masse des Transistors berücksichtigen, die ziemlich klein ist (weshalb Menschen Kerzenflammen "ausklemmen" können).
@NatsuKage Die Tabelle zeigt die Temperatur Ihres Fingers, nicht die Temperatur des Gegenstandes, den Sie berühren.
Das einzige Mal, wenn ich sofort Verbrennungen bekomme, ist, wenn ich meinen Lötkolben bei 400 ° C berühre, dann ist meine Haut sofort weiß.Wenn ich ein Metallstück im Ofen bei 200 ° C berühre, sehe ich es am nächsten Tag als roten Streifen.Ich mache das regelmäßig.
Sie werden Ihre Berührung von einem zu heißen Gegenstand viel schneller als in einer Sekunde zurückziehen.Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass Lebensmittel aus einem 200 ° C-Ofen buchstäblich 200 ° C heiß sind (abgesehen von einer sehr dünnen Oberflächenschicht), es sei denn, Sie haben es geschafft, sie gründlich zu verkohlen ... eine wasserführende thermische Masse hat es schwer, viel zu bekommenüber 100 ° C.Alles, was sehr trocken ist und hauptsächlich auf Fett und Stärke basiert, würde auch rauchen ....
Neun antworten:
#1
+18
Brian Drummond
2020-02-09 02:20:30 UTC
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Wie Sie wissen, ob Sie einen Kühlkörper benötigen. (Abgesehen vom verbrannten Finger).

Dies wird in technischen Lehrbüchern und Kursen gut behandelt. Und Websites wie diese.

Kurz gesagt:

Sie kennen die Verlustleistung und die Umgebungstemperatur, in der diese lebt. Angenommen, 1 W und 40 ° C.

Sie entscheiden, auf welche Temperatur Sie die Verbindungsstelle beschränken möchten: unter 100 ° C, beispielsweise 90 ° C für einen Sicherheitsabstand.

Aus dem Wärmewiderstand des Junction-Gehäuses (10C / W) und der Leistung (1W) ergibt sich eine Gehäusetemperatur von 80C (oder 40C über der Umgebungstemperatur).

Das heißt, wir brauchen 40 ° C / Watt zwischen Gehäuse und Luft.
(Wenn die 62K / W-Zahl für ein SOT32-Paket korrekt ist ... googeln Sie es ... benötigen Sie einen Kühlkörper.

Wir suchen also nach einem Kühlkörper mit 40 ° C / Watt oder besserem Wärmewiderstand.

(Dies ist zur Vereinfachung des Prinzips leicht vereinfacht, aber für diese Anwendung gut genug. Eine detailliertere thermische Budgetierung finden Sie beispielsweise auf der obigen Website.)


Schäden können je nach Überhitzungsgrad Mikrosekunden bis Jahre dauern.

Sehr umfassender Dank!
#2
+9
DKNguyen
2020-02-09 02:05:49 UTC
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Ich habe noch nie gesehen, dass ein Paket ohne Kühlkörper aus der Nähe von 10 KB / W erreicht wurde.Es ist normalerweise eher wie 62K / W, selbst für ein großes Paket.Kleinere Pakete wie SOICs können doppelt so groß sein, und SOTs können viermal so groß sein, und bei freiliegenden Metalloberflächen ändert sich nicht viel.Sie müssen Kühlkörper montieren, um diese Oberflächen nutzen zu können.

Sie müssen die Indizes lesen und im Datenblatt Kleingedrucktes drucken.10K / W ist der Wärmewiderstand zwischen Verbindung und Gehäuse und wird in Kühlkörperberechnungen verwendet.Die Verbindung zwischen Umgebung und Umgebung ist wichtig, wenn Sie keinen Kühlkörper verwenden.

Wie viel einfacher wäre das Leben, wenn wir Zahlen von nur 10K / W zwischen Übergang und Umgebung erhalten könnten.

Ich bin sehr verwirrt, wie kann ich wissen, ob ich einen Kühlkörper brauche? :(
Dein schmerzender Finger sagt dir das :-)
@ty_1917 In diesem Datenblatt ist kein Übergang zum thermischen Umgebungswiderstand aufgeführt, der wirklich beschissen ist.Aber Sie können wahrscheinlich eine einigermaßen genaue Zahl erhalten, wenn Sie sich andere Chips im selben Paket ansehen.Sie nähern sich 1W, benötigen also einen Kühlkörper.62 ~ 65K / W sind in der Regel die Nummer für große Pakete mit Kühlkörperlaschen, was bedeutet, dass bei mehr als 0,5 W der Finger verbrannt wird.50-60C ist zu heiß für die Haut.Kleinere Gehäuse wie SOICs und SOTs können leicht den vierfachen Wärmewiderstand zwischen Übergang und Umgebung aufweisen.
#3
+3
Peter Green
2020-02-10 23:41:07 UTC
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Die 10 ° C / W in Ihrem Datenblatt beziehen sich auf die Verbindungsstelle zum Gehäuse. Für einen Transistor, der in der Luft ohne Kühlkörper sitzt, ist der Wärmewiderstand von Gehäuse zu Umgebung normalerweise viel höher als der Wärmewiderstand von Übergang zu Gehäuse

Leider spricht das Datenblatt für Ihren speziellen Transistor nicht über den Wärmewiderstand von Übergang zu Umgebung oder von Fall zu Umgebung, sondern wählt einen anderen Transistor im gleichen Gehäusestil aus ( http://www.farnell.com) /datasheets/43630.pdf) legt nahe, dass der Übergang zum thermischen Umgebungswiderstand etwa 100 ° C / W

beträgt

Wenn Ihre Umgebungstemperatur 30 ° C beträgt und Sie 1 W abführen, wird eine Sperrschichttemperatur von ca. 130 ° C und eine Gehäusetemperatur von ca. 120 ° C erwartet.

Das ist ziemlich heiß, liegt aber innerhalb der maximalen Sperrschichttemperatur Ihres Transistors von 150 ° C.

P.S. Selbst mit einem Kühlkörper ist es im Allgemeinen unpraktisch, die Nennleistung eines Transistors tatsächlich zu erreichen. Wenn Ihr Transistor die Nennleistung erreicht, ist eine Gehäusetemperatur von 25 ° C erforderlich, was äußerst unpraktisch ist.

#4
  0
Sascha
2020-02-09 02:18:50 UTC
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Antwort im Kommentar:

Ich bin sehr verwirrt, wie kann ich wissen, ob ich einen Kühlkörper benötige? :(

gehen Sie davon aus, dass etwas zwischen ~ 5 W / (m ^ 2 K) Wärmeleitfähigkeit auf der sicheren Seite ist (siehe bitte in einem Handbuch zur Wärmetechnik für die nicht sichere Seite und allgemein).Sollte mit den Kühlrippen angegeben werden, die Sie kaufen.

Eine 100 cm ^ 2 Kühlfläche hat also 0,05 W / K -> 20 K DeltaT pro W

Es hört sich so an, als würden Sie die Eigenschaften eines Kühlkörpers beschreiben.Dies beantwortet nicht die Frage ... woher weiß das OP, ob es einen Kühlkörper benötigt?
@ElliotAlderson: i würde auch einen ähnlichen Wert für die Oberfläche des Transistors selbst annehmen.
Dies wäre meiner Meinung nach eine sehr schlechte Annahme, da die Materialien und Montagestile von Transistor zu Transistor sehr unterschiedlich sind.Aus diesem Grund geben Hersteller Werte für \ $ \ Theta_ {CA} \ $ und \ $ \ Theta_ {CS} \ $ an.
#5
  0
12AU76L6GC
2020-02-09 21:28:30 UTC
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Ich würde gerne einige Bypass-Kondensatoren und Filterkondensatoren an den Eingängen, Ausgängen und Steuerleitungen sehen.Möglicherweise treten unbeabsichtigte Schwingungen auf, möglicherweise HF, die Sie nicht kennen.Dies würde die Verlustleistung der Transistoren dramatisch erhöhen.

#6
  0
Gary Dirkse
2020-02-09 21:47:37 UTC
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IR-Thermometer werden leicht von reflektierenden Oberflächen ausgetrickst.Verwenden Sie schwarzes Klebeband oder flache schwarze Farbe oder ein Kontaktthermometer.Stumpfe schwarze Oberflächen sollten dazu führen, dass Ihr IR-Thermometer innerhalb von 5% liegt.Verwenden Sie ein Oszilloskop, um nach Schwingungen zu suchen und eine Umgehung hinzuzufügen, da die Zielfernrohrsonde möglicherweise ausreicht, um die gesuchten Schwingungen zu beseitigen.

Scotch 88 ist meine Anlaufstelle für Temperaturmessungen.Es hat einen Emissionsgrad von 0,96 in MWIR- und LWIR-Bändern: https://www.flir.com/discover/rd-science/use-low-cost-materials-to-increase-target-emissivity/
#7
  0
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
2020-02-10 22:46:59 UTC
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Was könnte der Grund sein, dass dieser Transistor unerwartet zu heiß wird?

Mathematischer Grund = V * I * Rca = Trise [Rca = 'C / W des Falls]
(Potenzgesetz * Wärmewiderstand, Rca-Gehäuse-Umgebung)

Ingenieure müssen lernen, welche thermodynamischen Widerstände und daraus resultierenden Temperaturanstiegs- und Luftströmungsgeschwindigkeitsfaktoren dies beeinflussen. (von 0 bis 5 m / s)

Zum Beispiel steigt ein 1/4 W bleihaltiger Widerstand, der 1/4 W bei einer Raumtemperatur von 25 ° C abführt, auf ___ welche Temperatur an? (hint: Nachschlagetemp. De-Rating-Kurve im Datenblatt)

Es gibt rules of thumb, an die Sie sich erinnern sollten, und wenn Sie sich den Finger von 1 / 4W verbrennen, werden Sie es vielleicht nie vergessen. ;)

1) Betrachten Sie 2 Quadratzoll (6 cm ^ 2) Metalloberfläche pro Watt oder 1 Quadratzoll. doppelseitige Cu-Wärmeableitung oder Oberflächenrippenkühlkörper mit hoher Dichte für Halbleiter für einen Anstieg von 40 ° C über 40 ° C. Aber Widerstände können heißer laufen.

2) Wählen Sie aus Effizienzgründen einen Kühlkörper, der für mehr als 50% Ihrer Stromversorgung ausgelegt ist.

3) Erwägen Sie in Zukunft effizientere Designs.

4) Verstehen Sie, was für die elektrische Isolierung erforderlich ist, falls erforderlich

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#8
  0
Roland
2020-02-11 04:13:05 UTC
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In der Technik ist es wichtig zu lernen, ein Gefühl für Proportionen zu bekommen. Wenn Sie einfach zu Ihrem bevorzugten Geschäft für elektronische Teile gehen und sich einige Kühlkörper ansehen, erfahren Sie schnell, was 10 K / W in Bezug auf die Umgebungsluft tatsächlich bedeuten. ZB https://www.conrad.nl/p/fischer-elektronik-ick-pga-14-x-14-x-14-koellichaam-96-kw-lxbxh-35-x-35-x -14 mm-181177 ist ein 9,6 K / W-Kühlkörper mit einer Größe von 35 x 35 x 14 mm, der viel größer ist als Ihr nackter Transistor. heatsink 10K/W measuring 35mm

Dies zeigt Ihnen, dass es leicht ist, überschüssige Wärme durch 1 mm einer Metallplatte (Transistorsubstrat) zu übertragen, aber viel schwieriger, sie an die Umgebungsluft zu übertragen. Luft ist eher ein Wärmeisolator, sofern sie sich nicht bewegt, daher Lüfter.

Zurück zu Ihrer Frage, Sie benötigen einige große Flossen für nur 1 mieses Watt Wärme, wenn Sie mit Dingen umgehen, die hohen Temperaturen nicht standhalten. In diesem Fall ist eine 1-W-Lampe (Glühbirne) keine große Sache, da sie Hunderte von C bewältigen kann. Die klassische Fahrrad-Frontlampe hatte 2,5 W. Eine 1-W-LED muss jedoch genau wie Ihr Transistor ernsthaft gekühlt werden.

#9
-1
Shooter McGavin
2020-02-10 03:51:42 UTC
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Überraschenderweise hat niemand Ihren grundlegenden Berechnungsfehler erkannt.Sie sagen, VCE ist 4,5 V, dann sagen Sie, IC ist 170 mA?Sie haben jedoch einen 2,5-Ohm-Widerstand mit 4,5 V darüber?

@Shooter_McGavin Lieben Sie den Benutzernamen, aber nicht sicher, ob Ihre Antwort viel Einblick in die Frage bietet, und ich bin nicht sicher, was Sie korrigieren?Es würde sich herausstellen, dass der Transistor bei 170mA Strom bei einer Last von 25 Ohm ~ 4,5V abfällt ...
Der BJT befindet sich im linearen Modus und nicht als Schalter.
@MadHatter Der Transistor ist in Reihe mit einer Last von 2,5 Ohm geschaltet und zusammen haben sie 9 Volt über sich.Wenn der Vce 4,5 V beträgt, beträgt die Spannung an der Last 9 V - 4,5 V = 4,5 V.
Dies ist jedoch ein Kommentar und keine Antwort.
Nicht 2,5 Ohm, ich sehe keinen Dez.punkt, daher 25 Ohm;mal 170 mA = 4,25 V, kein Problem :-)


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