Komponenter och värme

SM4FPD

SM4FPD

Well-Known Member
Som bekant är radioamatörer livrädda för att apparaterna skall bli varma.
Många ggr är ingående komponenter specade för 100 - 150 C.
Man hör ofta tal om att man installerar extra fläktar etc för att livslängden skall bli längre på den dyra radiostationen.
Men finns det några fakta om komponeters livslängd vid olika temperatur?
Dvs hur länge lever en kodning vid 25 C, 35 C eller vid 75 C.
Nu menar jag fakta, tro och myter finns alltid.
Jag har någon gång sett komponenter som skall tåla exvis 450 v vid 120 C och "bara" 425 V vid 150 C.
Men aldrig lästa faktabaserad kunskap om livslängden per temperatur.
Så det är min fråga till forumet.

För övrigt verkar ändå ripple vara det som drar på livslängden speciellt för kondingar.

En myt är att sluttransistorer skulle ta skada och få minskad livslängd av A1 sändning (bärvågshackad Morse) Därav F1 på radiofyrar.
Att det är mer än en myt kan man nog inte tro.

Dvs frågan livslängd per temperatur för övriga komponenter.

Es ofta är ju radiostationerna vi har specade för upp till 60 C rumstemperatur.....


De
SM4FPD
 
Jag har varit med om stora Rifa bultelektrolyter i ABB strömriktare för stora motorer som
Ska tåla stora rippelströmmar som har varit totalt sönderkörda dvs det skramlade om
Innehållet i dom när dom demonterades från utrustningen.

Mvh Lasse sm0ydo
 
Om en kondensator är specad för en maxtemperatur på 125 grader och 150000 timmar så fördubblas livslängden om man sänker temperaturen 10 grader.
Förhöjd ripple-ström höjer temperaturen pga förluster.
m.a.o. håll koll på temperaturen.
Att halvledare skulle specas för en viss "livslängd" har jag aldrig hört talas om bara man inte överskrider max temperatur.
När man talar om maxtemperatur på en halvledare så är det chip-temperatur som är viktig.
 
Byggde mig en Gain Clone slutsteg LM3886 med stora kylflänsar och på tomgång är flänsarna
Ljumma utan att man spelar musik.Fick tag på en digital tempmätare som jag klämde in
Mellan flänsen och drog på musik ett tag och tempen steg upp till ungefär 50 grader undrar
Hur. Varmt det är på chippet då ?

Mvh sm0ydo
 
I "instrument-och-professionell-utrustnings"-världen finns två olika sätt
att hantera värme. Antingen fläktkyler man med eller utan varvtalsreglering
så att man vidmakthåller en konstant temperatur inne i utrustningen
eller så dimensionerar man för konvektions- eller konduktionskylning
dvs självdrag eller att man låter värme stråla ut via kylflänsar.

Vad man till alla pris vill undvika och minimera är temperaturvariationer.
Vill man stressa en konstruktion tempcyklar man den, i professionella
sammahang under utvecklingsfasen från olidligt kallt till "ganska svettigt".
Detta för att få fram eventuella svagheter.

Vad man också vill undvika är lokala "hot-spots" i utrustning
där vissa kretsar blir duktigt varma samtidigt som dom inte kan
göra sig av med värmen. Risken är då att värmen söker sig via
kretskortet eller via strålning till närliggande komponenter,
exvis elektrolytkondensatorer som har en som GLD skriver
specificerad livslängd vs temperatur (och rippelström).

Temperaturcykling, avsiktlig eller oavsiktlig
ger även en stresspåverkan på lödningar vilket
påverkar tillförlitligheten. Ett kretskorts olika komponenter
har olika temperaturutvidgningskoefficienter och i det långa
loppet riskerar man små mikrosprickor i lödfogar.

Det finns ett flertal programvaror som kan simulera effektutveckling
på kretskort så att man kan undvika värmeproblem och få bästa möjliga livslängd.
Förutom effektutveckling på enskilda komponenter kan man
applicera luftströmmar och se värmeflöden.

Att som amatörradiotillverkare gör ha fläktkylning typ "ON/OFF"
i annars påkostade konstruktioner är ur tillförlitlighetssynpunkt
ganska dumt. Jag anar att tillverkarna vill att det skall vara
tyst i schacket men den IC-706'a jag en gång hade slog regelbundet på och av
fläkten vilket var irriterande.
Jag uppskattar att höljet blev kanske 40 grader varmt
och visst borde apparaten klara det, men hela tiden
återkommande temperaturvariationer är inget
elektronik gillar.

Till slut tröttnade jag och ett motstånd gjorde att fläkten
snurrade på lågvarv utan att höras. I mottagning höll 706'an
sig i rumstemperatur och så länge man inte sände gick fläkten
aldrig på högvarv. Knappt ens då.

Icoms senaste skapelse, den mycket trevliga 9700 har även den tyvärr
en IMO lika dum konstruktion.
Här inverkar det inte endast genom onödig tempcykling utan även
genom att oscillatorn driver upp och ned med TX/RX.

9700 håller förvisso sin specifikation men den är inte tillräckligt vass
för dom senaste smalbandsmoderna på 1296.

Lösningen har hittills varit att på samma sätt
se till att fläkten alltid är igång på lågvarv
under mottagning vilket gör att oscillatordriften kan hållas
på en acceptabel nivå. Nåväl, även solen har ju
sina fläckar fast dom just nu lyser med sin frånvaro.

Som -GLD skriver klarar kisel ganska höga temperaturer
men man har noterat utmattning.
Ett symptom på RF trissor var att den mätbara
HFE steg, men max möjlig uteffekt sjönk. Höga temperaturer
och eller cyklingar kan också påverka plastkapslingen
samt naturligtvis sådant som isolerbrickor (av plast)
som mjuknar och får halvledaren att tappa den termiska
kontakten med kylflänsen. Det är emellertid uppmärksammat
och många effektprodukter har fjädrande klämmor över
halvledarna.

Jag Googlade litet på "Semiconductor Fatigue"
och fick ganska många träffar. En av dom är exvis:

"FEM Study of Fatigue Crack Growth in a Power
Semiconductor Chip Subjected to Transient Thermal Loading"

Dvs utmattning i form av sprickbildning i effekthalvledare pga
stegvisa temperaturvariationer.

Som svar till YDO måste man veta
dom termiska resistanserna från kiselbrickan
ut till kylflänsen (anges i grader C / Watt)
mellan kisel och halvledarkapsel och
mellan kapsel och kylfläns (inklusive
isolerbricka).

Temperaturen på kislet blir samtliga resistanser multiplicerat med
effektutvecklingen + 50 grader.

GLD får rätta mig om jag har fel...
 
Mycket bra sammanfattat av -GXV, särskilt de fyra första styckena!

För att svara på -FPD's trådstart så kan en egenbyggd kylning teoretiskt skada mer om temperaturskillnaderna tillåts bli för stora, en ogenomtänkt "extra" fläkt kan dessutom motverka luftflödet från den befintliga fläkten.
En klassiker i kylsammanhang är när det var (och fortfarande är) populärt att bygga sin egen PC där man ibland såg fulltower-datorer med ett tiotal 120mm blinkande LED-fläktar gå på högvarv, samtliga arbetandes mer eller mindre mot varandra eftersom man inte ägnat en tanke åt luftflöde och över-/undertryck i datorchassiet.
 
SM0GLD skrev:
Om en kondensator är specad för en maxtemperatur på 125 grader och 150000 timmar så fördubblas livslängden om man sänker temperaturen 10 grader.
Förhöjd ripple-ström höjer temperaturen pga förluster.
m.a.o. håll koll på temperaturen.

Ja sådana saker har man ju sett eller hört om i alla tider.
Men jag efterlyste faktabaserad kunskap i ämnet.
Så än så länge ser jag detta som en myt.

Finns det någon som läst ett datablad för exvis kondingar som säger att livslängden är det och det för given temperatur???

Klart att man kan tycka att höga temperaturer och varierande temperatur skulle kunna skada. Men fakta????? Hur är det utanför myten?

Min IC-706MKIIG har suttit i bilen i närmare 18 år. den går bra ännu. Där varierar temperaturen från - 30 till 65 C bara om bilens står still, ännu med och snabbare vid daglig körning.

Min IC-756PROIII sätts på varje dag en fyra fem ggr, och värms upp från 20 C till omkring 40 C då fläkten startar. Punktvis invändigt är det förstås varmare. Inga tendenser till livslängdsförkortning.

Ja 150 00o timmar hur mycket är det? Kör vi halva dagarna så får vi omkring 4000 h per år, således 38 år.

För min del är det lösningar som tar mest stryk av höga temp. Exvis lösningar av större motstånd, av rörsocklar i rörapparater.

IC-706MKIIG blir c:a 43 - 45 grader utanpå vänster sida....
Och det finn sju länder där den blir så varm utan att strömmen är på.....


SM4FPD
 
SM4FPD said:
Ja sådana saker har man ju sett eller hört om i alla tider.
Men jag efterlyste faktabaserad kunskap i ämnet.
Så än så länge ser jag detta som en myt.
Click to expand...
Jag har konstruerat elektronik i 38 år och elektrolytkondingar har alltid varit den sämsta komponenten.
När det gäller fakta så får man läsa varje konding-leverantörs "derating" rekommendationer.
De senaste 11 åren har jag konstruerat switchad kraft och alltid tvingats ta hänsyn till just derating av el-lyter.
Definitivt ingen myt utan ett osvikligt krav av industrin.
 
Om vi börjar med en enkel komponent, som till exempel en glödlampa.
Här är ett diagram som visar en glödlampas livslängd i förhållande till matningsspänningen.
Livslängd_glödlampa.JPG
Diagrammet visar tydligt att högre matningsspänning, det vill säga högre temperatur på glödtråden, ger kortare livslängd. Diagrammet återfinns bland annat i ELFA-katalogens faktasidor om glödlampor.

Liknade diagram finns för allt från kullager till LED-moduler.

En tillverkare av blybatterier som konstruerats för lång livslängd skriver att 15-25 grader som omgivningstemperatur ger 10 års livslängd. En ökning av temperaturen till 35 grader sänker livslängden till cirka 4 år och en ökning av temperaturen till 45 grader ger knappt 2 års livslängd.

För många prylar finns en beräkning av hållbarhet som har till grund mätningar i klimatkammare. Dessa beräkningar gäller under förutsättning att utrustningen används inom de specificerade gränsvärdena.

Jag har läst utredningar som visar på varför vissa elektroniska prylar gått sönder på grund av överhettning vid användning i Antarktis. Det visade sig att den låga luftfuktigheten medförde att kyleffekten inte blev tillräcklig för att hålla nere temperaturen inne i utrustningen trots den kalla omgivningstemperaturen.

Jag kan hålla med om att en del personer överdriver sina försök att hålla prylarna svala och dånet från kylfläktar är inte njutbart.

För att hålla vissa av mina inbyggda konstruktioner svala och tysta använder jag ibland en glidlagrad kylfläkt som matas med reducerad spänning. Luftflödet anpassas så att den normala tomgångsvärmen kyls bort och prylen håller omgivningstemperatur. Vid ökad uteffekt låter jag fläkten få högre spänning varvid luftflödet ökas. Detta förfaringssätt minskar temperaturstegringens hastighet och därmed även värdet på den högsta temperaturen som utrustningen utsätts för.

En vanlig termostat som som slår på fläkten när prylen redan har blivit betydligt varmare är vanligtvis inte lika effektiv då både värmeökning och kylning har tröghet.

73 de SM7NTJ Lorentz
 
I många gamla radioapparater har elektrolyterna blivit trötta och kapacitansen har gått ned. Vilket är bäst - att byta ut dessa kondingar eller att bara löda fast en ny liten konding parallelt med den gamla elektrolyten? Förmodligen är det bäst att bara byta ut den men det är onekligen snabbare att bara löda dit en ny parallelt med den gamla. Ofta sitter det ju tre elektrolyter i en metallkåpa på gamla apparater och kanske bara en sektion är dålig. Sådana kondingar med 3 sektioner kan ju vara svåra och dyra att få tag i numera. Vad har herrarna för åsikter om detta?
 
SM0DRY said:
byta ut dessa kondingar eller att bara löda fast en ny liten konding parallelt med den gamla
Click to expand...
Jag vill nog helst ta bort den dåliga kondingen men om den bara tappat all kapacitans utan att för den delen börjat läcka (ström) så kan man nog prallellkoppla med en ny.
 
Jag hittade en livslängdsberäkning från Rubycon som är en stor kondensatorleverantör.
www.rubycon.co.jp/en/products/alumi/pdf/Life.pdf
Även här hänvisar man till Arrhenius.
För den som inte är intresserad av att göra egna beräkningar läs åtminstånde första och sista stycket.


SM0KBW said:
Detta är naturligtvis omstritt
Click to expand...
Det är ju svårt att själv göra riktiga praktiska prov men om nu även kondensatorleverantörerna hänvisar till Arrhenius ekvation så måste man acceptera detta och konstruera därefter.
Om en produkt havererar efter kort tid p.g.a. exploderande eller uttorkade kondingar och man inte har tagit hänsyn till kondensatorleverantörens rekommendationer så blir inte kunden glad kan jag lova.


Här kan man beräkna livslängd.
https://www.illinoiscapacitor.com/tech-center/life-calculators.aspx
 
Det är alltid bra att slänga in en brasklapp, annars får man besserwissrarna på sig :)
Själv är jag övertygad att en låg jämn temperatur är vad man ska eftersträva om man vill att ens prylar ska fungera länge med god funktion till en låg underhållskostnad.
 
You must log in or register to reply here.
Back
Top