Разрабатываю: эквивалент нагрузки

[Телекот]

Я ещё на первой станице поднимал этот вопрос.

Есть один вопрос, а зачем тепло рассеивать именно на транзисторах? Ну при токе 3-5А это ещё можно, а при токе 10-50А уже не очень. Вынуждает использовать большое число транзисторов и большие радиаторы Так как их нельзя нагревать до больших температур ( 300-400 градусов).
Если использовать импульсный преобразователь который будет просто перекачивать энергию в тэн и нагревать воду или воздух, а в самой схеме будет теряться 10-15% от общей мощности. И позволяет использовать минимальное число транзисторов.

[Goblin]

В 1U серверах (~45 мм. высотой) применяют радиаторы с боковым обдувом, а поскольку более 40 мм. вентиляторы просто не лезут в корпус - делают «бутерброт» т.е. 2 моторчика скручивают вместе, получается колбаса сантиметров 7 длиной...
Если интересно - могу в понедельник сделать фотки как это организованно на HPшных серверах. Однако вентиляторы там действительно очень шумные, и их использование видится мне с трудом...
Дальше макет свой ещё не мучил т.к. только вернулся в страну...

[jonpim]

импульсный преобразователь который будет просто перекачивать энергию в тэн и нагревать воду или воздух,

Это значительное усложнение и удорожание устройства .

Элементы Пельтье добавят еще больше тепла, которое надо рассеять.

Зато позволят кратковременно превышать мощность в несколько раз . С этой целью их используют оверклокеры в компах .

[Леонид Иванович]

Зато позволят кратковременно превышать мощность в несколько раз.

Не понимаю, при чем тут кратковременность? Пельтье обеспечивает некую разность температур при неком потребляемом токе и потоке тепла. Это стационарный процесс.

[jonpim]

Перенос тепла можно регулировать током через него и он работает как холодильник . А остывший корпус полупроводника и медной пластины ниже комнатной ( до 2 - 5 град ) нагреть бысто сложнее .
Конечно это не для стационарных процессов .
Для стационарных процессов его можно использовать как хороший термостат .

[Телекот]

импульсный преобразователь который будет просто перекачивать энергию в тэн и нагревать воду или воздух,

Это значительное усложнение и удорожание устройства .

Это чем?
Наоборот удешевит. Единственное что появится ВЧ помеха.

[Gisteresis]

Зачем тосол - на морозе работать собрались?

Воду использовать?
Подойдет любая жидкость которая не корродирует систему и не цветет. Тосол в принципе подходит.

Элементы пельтье сами еще нужно питать, еще мощный БП в нагрузку ставить?
Вот если элементы пельтье пустить через цепь нагрузки...

Если есть возможность сваривать аргонно дуговой сваркой, то например из тонколистовой нержи вполне можно сварганить жидкостной теплоотвод. В принципе можно было бы попробовать и на эффекте испарения.
Сваривать конечно будут далеко не все. Это понятно. Сказал просто как идеи, думал, может кто еще что умное добавит и получится хороший вариант.
Но вот вентилятор от вентиляции мне очень даже нравится, он гораздо мощнее простых кулеров. Питается он напрямую от 220В. 20 Вт. Дует очень даже хорошо.

Можно было бы сварить необходимый радиатор из конструкционной стали, но что то коэффициент теплопроводности не впечатляет:
Медь 401 Вт/(м·К)
Алюминий 237 Вт/(м·К)
Железо 80,4 Вт/(м·К)

[Slabovik]

Зачем городить огород, если 50 Вт без проблем сдувается с почти любого компьютерного "кирпича". Нужно 4 шт. Общий габарит вполне приемлем, и температура теплоотвода тоже. Ничего рычащего, булькающего, протекающего и т.д. - только шум-шелестение вентиляторов.

Другими словами: не тем занялись...

[Леонид Иванович]

С радиатором и вентилятором лично я для себя вопрос закрыл. По желанию можно поставить что угодно, это на электронную часть не скажется.

Чтобы конкретизировать структурную схему, нужно сначала продумать все настройки и режимы работы, т.е. фактически разработать интерфейс пользователя. В качестве образца взял руководство пользователя нагрузок Array серии 372x (кстати, на такие нагрузки лепит свое название Актаком). Меню там мне показалось самым логичным. Решил поменять набор кнопок на передней панели, будет не так, как было на эскизе. Позже нарисую новый вариант. Кстати, для тех, кто хотел систему управления попроще, там все меню выводятся на дисплей 2 строки по 16 символов. Можно скопировать. Но я решил оставить графический дисплей, будет удобнее, все параметры отображаются сразу.

Остается вопрос по защите OVP. Почти все нагрузки при превышении напряжения выключают транзисторы (чем это поможет - не знаю). А вот нагрузки Agilent, наоборот, включают транзисторы, и только если будет превышена мощность, тогда выключают (тут по-любому капут). Как все-же поступать? Тут высказывалось пожелание использовать относительно низковольтную нагрузку с дополнительными резисторами для нагрузки ККМ, например. Если OVP сделать так, как делают все, долго она не проживет. А вот если сделать так, как делает Agilent, то будет вполне безопасно.

[_vintik]

Эквивалент нагрузки, как прибор, должн иметь свою защиту от причуд пользователя. С другой стороны, не должн убить исследуемый обьект, закоротив свой вход нАкоротко. Тобиш, испытывать на КЗ источники питания, не рассчитанные на это, будет неправильно.
Если в эл. нагрузке использовать высоковольтные транзисторы(600-800В), защита по OVP с защелкой и ручным выходом(по тому, что это авария).
Транзисторы ведь работают не в ключевом режиме, и параметр Rds ON, нас не интересует. Интересует только, способность отводить тепло от кристалла, и макс. рабочее напряжение сток-исток, по сути Uвх. Например доступные IRFPE50, или подобные.
----------
По поводу увеличения площади отвода тепла от TO247, можно использовать в качестве прижима пластину 1,5-2мм толщиной. Будет отводить тепло и от лицевой стороны.

[Demo65]

К всякому прибору нужна голова и руки. Не пихать его куда и как попало, при этом не думая о последствиях. Если при раздаче рук достались ноги, то тут ни какая защита не поможет. У людей приборы работают десятилетиями без всяких защит и ничего.

[Gisteresis]

Смущает цена компьютерного кулера. 1..3к Это что то не по народному.
Самые дешевые подойдут? Типа вот этого
http://www.ulmart.ru/goods/220105

[Леонид Иванович]

можно использовать в качестве прижима пластину 1,5-2мм толщиной. Будет отводить тепло и от лицевой стороны.

Лицевая сторона корпуса транзистора сильно нагревается, но мы это замечаем, когда от нее нет отвода тепла. А если этот отвод сделать, большой ли будет поток тепла? Все-таки тепловое сопротивление пластмассового корпуса очень велико. Даже тонкий слой пластмассы, как в изолированном TO-220F, увеличивает тепловое сопротивление более чем в 2 раза. А с лицевой стороны пластик толстый. Насколько эффективной будет такая мера? Хотя прижим спереди пластиной конструктивно грамотнее, чем винтом, который находится далеко от точки тепловыделения.

Эквивалент нагрузки, как прибор, должн иметь свою защиту от причуд пользователя. С другой стороны, не должн убить исследуемый обьект, закоротив свой вход нАкоротко.

Все виды защит приветствуются, особенно те, которые реализуются программно без каких-либо затрат. Но какой конкретно алгоритм защиты Вы предлагаете?

Транзисторы ведь работают не в ключевом режиме, и параметр Rds ON, нас не интересует.

Это не так. Нас очень даже интересует Rds ON, так как это нижняя граница сопротивления, которое может обеспечить нагрузка. Скажем, захотели нагрузить источник 5 В током 20 А. Тут никакой IRFPE50 не пройдет, он и на 5 А нагрузить не в состоянии.

Upd: в описании нагрузок Array 372x встретил описание их режимов CP, которые я не понимаю. Перевел часть текста, которая относится к описанию этих режимов. Кто может прояснить, что это, для чего, и как реализовано?

• Инновационная реализация режимов CPV и CPC значительно увеличивает применимость режима CP;
• Инновационные режимы CPV и CPC могут быть использованы для тестирования источников напряжения/тока в режиме постоянной мощности. Оба режима эффективно предотвращают короткое замыкание, когда установленный уровень мощности нагрузки превышает мощность источника питания.

Имеется два вида режимов постоянной мощности, CPV и CPC. Режим CPV используется для тестирования источников напряжения, режим CPC используется для тестирования источников тока. В режиме CP нагрузка потребляет постоянную мощность в соответствии с установленным значением, вне зависимости от изменений внешнего тока и напряжения (см. рис. 2-4).



Рис. 2-4 Режим CP

На рисунке 2-5 показаны кривые ток-напряжение для нескольких распространенных источников питания. Кривая постоянной мощности представляет собой гиперболу в первом квадранте. Кривая постоянной мощности обычно пересекается с кривой ток-напряжение в двух точках (точка CPV и точка CPC), когда мощность внешнего источника питания больше, чем установленная мощность. В точке CPV источник питания демонстрирует свойства источника напряжения: выходная мощность будет увеличиваться при увеличении тока; в точке CPC источник питания демонстрирует свойства источника тока: выходная мощность будет увеличиваться при увеличении напряжения. Электронная нагрузка Array серии 372x может быть настроена пользователем для работы на одной из точек пересечения.



Рис. 2-5 Кривые ток-напряжение для обычного источника питания

Благодаря усовершенствованному методу детектирования наклона, серия электронных нагрузок Array 372x требует тестирования только части кривой ток-напряжение для определения того, где две кривые (кривая постоянной мощности и кривая ток-напряжение) пересекутся. Поэтому когда установленная мощность выше, чем фактическая мощность, внешний источник питания не будет закорочен нагрузкой для получения недостающей мощности. Когда нагрузка определяет, что мощность внешнего источника питания недостаточна, она пытается автоматически найти подходящее значение постоянной мощности.

[_vintik]

прижим спереди пластиной конструктивно грамотнее, чем винтом, который находится далеко от точки тепловыделения.

Тем более, что полезный обьем корпуса практически не уменьшается. И наверное тут будет проще использовать не тепловое сопротивление, а мощность по теплу, которую можно снять с поверхности. И если она будет в районе 5W, то на 4 ключа уже 20, что хоть и небольшая, но помощь. Реально, думаю будет в 2 раза больше.

Но какой конкретно алгоритм защиты Вы предлагаете?

Регулируемое ограничение по мощности. На ее основе делается защита и по превышению допустимой мощности. По ее "сработке", силовые ключи закрываются(эквивалент нагрузки отключается от источника). Выход из режима аварии,- ручной.

Скажем, захотели нагрузить источник 5 В током 20 А. Тут никакой IRFPE50 не пройдет, он и на 5 А нагрузить не в состоянии.

Почему, при 75*С, как раз 5А предел, или на 4 ключа 20А.
----------

Если при раздаче рук достались ноги, то тут ни какая защита не поможет.

Если бы речь была о мозгах, то может и согласился бы))

У людей приборы работают десятилетиями без всяких защит и ничего.

Уровень такой самоуверенности похерил лет 20 назад. Сейчас и руки трусятся, и пинцет могу выронить, и соплю не заметить.

Смущает цена компьютерного кулера

Брать нужно на разборках(барахолках), на порядок дешевле.

[EW1UA]

Возможно, нагрузкостроителям будут полезны статьи Джима Уильямса
AN133 A Closed-Loop, Wideband, 100A Active Load,
AN104 Load Transient Response Testing for Voltage Regulators.
Рассматривается проектирование и конструирование скоростных токовых нагрузок для тестирования реакции стабилизаторов напряжения.
Другие его статьи.

[Леонид Иванович]

тут будет проще использовать не тепловое сопротивление, а мощность по теплу, которую можно снять с поверхности.

Вопрос - как ее отвести на радиатор? С одной стороны, пластина должна обеспечивать прижим корпуса транзистора к радиатору с контролируемым усилием. С другой стороны, она должна находится в хорошем тепловом контакте с радиатором. Как это обеспечить? Полагаться на упругую деформацию самой пластины? Тогда она должна быть изготовлена с большой точностью, чтобы по большой площади плотно прилегать к радиатору и одновременно оказывать заданное давление на корпус транзистора. Нереально, по-моему. Вот если бы пластина сама рассеивала тепло, тогда другое дело, хорошего контакта с радиатором не требовалось бы, подошли бы просто винты. Но пластина находится вне воздушного потока вентилятора, да и ребра на ней будут расходовать объем корпуса.

Просмотрел с десяток Application Notes по креплению корпусов TO-247. Крепят или винтами, или пружинными клипсами. Только в одном месте у Infineon нашел упоминание про прижим металлической пластиной, и то с предупреждением, что она разрушает края корпуса. Нигде нет даже упоминания про охлаждение корпуса с передней стороны.

Регулируемое ограничение по мощности. На ее основе делается защита и по превышению допустимой мощности. По ее "сработке", силовые ключи закрываются (эквивалент нагрузки отключается от источника). Выход из режима аварии,- ручной.

Такая защита обязательно будет, как и защита от превышения тока. Мощность вычисляется программно, поэтому защита не очень быстродействующая (порядка 1 мс). Для защиты от перенапряжения такое быстродействие не пойдет, там нужно делать аппаратно.

Почему, при 75*С, как раз 5А предел, или на 4 ключа 20А.

Забыли про датчики тока и сопротивление проводов. А если захочется протестировать 3.3 В? Да речь не об этом. Минимальное сопротивление - важная характеристика нагрузки. Тут нужно выбирать, или нагрузка высоковольтная, или с малым сопротивлением. Это должны быть разные модели. Высоковольтность требует не только замены транзисторов, но и масштабирования канала измерения напряжения, а это даст худшее разрешение по V и R. Опять же, в любом случае желательно иметь защиту от перенапряжения, это вопрос качественный, а не количественный. Мнения про ее алгоритм работы и хотелось бы услышать. Как и по поводу реализации CP.

[Demo65]

----------



Уровень такой самоуверенности похерил лет 20 назад. Сейчас и руки трусятся, и пинцет могу выронить, и соплю не заметить.

Не вы только так себя чувствуете. Года берут свое.

Смущает цена компьютерного кулера

На разборках мало чего найдёшь, вчера ходил в сервисный, выложили на стол кучу кулеров и представьте выбрать не чего. Отобрал пару более менее подходящих. Цена их не велика, да выбрать что. Сказали что не держим, в утиль или в металлолом выкидываем. Соберусь с силами, "удавлю жабу" и куплю новые.

[_vintik]

Вот если бы пластина сама рассеивала тепло, тогда другое дело....

Именно так, как отдельный радиатор.

Но пластина находится вне воздушного потока вентилятора

В корпусе будет довольно "сквозняков", забор воздуха через щели в верхней и нижней крышках. И совсем не значит, что поток пойдет сразу на крыльчатку, завихрение свое сделает.

Для защиты от перенапряжения такое быстродействие не пойдет, там нужно делать аппаратно.

При использовании высоковольтных транзисторов, защита по превышению напряжения, как бы и не нужна. Но, это не значит, что прибор будет работать с напряжением в 800В, он просто сможет его пережить, без особых защит. А диапазон рабочих напряжений, будет зависить от тока, мощности, способной рассеивать корпусом транзистора.

[Quark_p]

Вот так сделал RV3LE охлаждение в своем КВ усилителе на IRF

[Леонид Иванович]

При использовании высоковольтных транзисторов, защита по превышению напряжения, как бы и не нужна.

И все же я предпочту более низковольтные транзисторы с меньшим Rds_on. Да и рассчитывать все цепи (выходной снаббер, а там не такая малая емкость, делитель измерения напряжения) на 800 В не хочется. Одно другому не мешает - защита OVP тоже полезная штука. Как мне кажется, в реализации Agilent есть рациональное зерно - нагрузка не позволяет повысить на себе напряжение сверх меры, пока может рассеивать мощность. Учитывая, что высоковольтные вещи будут всегда тестироваться через резистор, нагрузка таким образом себя спасет. А может сделать разные опции для защиты OVP?

Второй вариант интерфейса пользователя, сейчас нужно прорисовывать страницы меню: