Kylflänsar

[SM4WWG]

Halloj!

Sitter här (och har suttit) och försökt räkna lite på kylning av några MOSFET.
Utan att (tillsvidare) gå in på detaljer omkring det eventuella projektet så
behöver jag (när det väl händer) "dumpa" 150 W som värme.
MOSFET'arna har RthJC (termiskt motstånd till kapseln) på 1.5 K/W
och räknar jag med att köra dem hårt med en Tj(max) på 125 grader Celcius
vid rumstemperatur på 25 grader så behöver jag 8 st kopplade parallellt
(c:a 20 Watt max per st) för att ens komma ner till en kylfläns med minst
0.425 K/W.
Dessutom har jag räknat med endast kylpasta mellan trissorna och kylflänsen vilket inte känns helt OK då det handlar om uppåt kanske 500 V som kan
passera genom dem.
Mica med kylpasta ger väl uppåt 1 K/W? Då blir det ju riktigt krångligt (dyrt)

Har inte lyckats läsa in mig på hur mycket det hjälper kylflänsen genom att blåsa luft på dem. Men har väl förstått att även kylflänsar omkring 1 K/W kan hantera en hel del effekt med fläktkylning?

Ja, det är tänkt bli ett labbagg för 0-500 volt och 0-300 mA därav de stora värmeförlusterna (vid låg utspänning och högt strömuttag)
Tänkt att styras från en mikrokontroller, etc. Men det är en annan historia.

Ideér? Synpunkter?

I "värsta" fall får man kanske kolla på att bygga switchat. Å andra sidan är det iofs mest tänkt att ligga kring 200 volt och uppåt (labba med rör osv). Så det lär inte vara vanligt att man skruvar ner utspänningen till några få volt och drar max kräm vad den orkar. Men ska det byggas så ska det väl
byggas så det håller eller hur?

73 de SM4WWG // Jörgen

 

[SM7MCD]

Hamnade i samma bryderi då jag höll på med ett liknande bygge, jag löste det så att inspänningen ändrades i steg om ca. 100 volt genom omkoppling på flera lindningar på transformatorn varefter utspänningen ändrades.

 

[SM5XUN]

Du har nästan svarat på din fråga själv...

Jag tror att du är bevänt av en "kyltunnel" med isolerade kylflänsar.
Står du ut med fläktsus och det räcker med fyra inbördes isolerade flänsar för att montera dina transistorer oisolerade så är saken biff

Elfa har inte kvar den ag tänker på som är uppbygg på fyra separata flänsar men denna jag länkar till visar vad för kylartyp jag menar:
https://www.elfa.se/elfa3~se_sv/elfa/init.do?item=75-602-76&toc=20507

Jag använde en sådan i min nätaggregatsplågare med gott resultat.

Annars har jag använt rör som reglerelement i mina högspänningsaggregat med gott resultat, man slipper ifrån en del problem men skaffar sig lätt nya, speciellt om man vill ha strömbegränsning

 

[SM0GLD]

Vi gjorde så här på jobbet, klarar 500W förlust.



Kylaren är av Heatpipe-typ (standard pc tillbehör)

/Micke

 

[SM0AOM]

Du behöver ta hänsyn till flera saker;

- Kontinuerlig effektförlust som dimensionerar kylflänsen
- Transient Safe Operating Area (SOAR) på transistorerna
- Kontinuerlig SOAR

Det blir besvärligt att dimensionera så att man klarar alla dessa krav under alla belastningsfall.

Skulle rekommendera att man använder åtminstone två spänningssteg så att effektförlusten minimeras vid låga utspänningar. Om transformatorn har ett mittuttag går detta att använda så att en helvågslikriktare ger säg 280 V för det låga området, och 560 V för det höga området med en vanlig Graetz-brygga. Det är en påtaglig skillnad mellan 90 W och 180 W effektförlust, i synnerhet kontinuerligt.

Vill man lägga ner mer tankemöda så går det att utföra ett aggregat med ännu flera spänningssteg. Oltronix Labpac B605 (500 V 300 mA) använder 4 som realiseras genom att i princip seriekoppla ett variabelt antal separata spänningskällor, vilka har en egen serieregulator med en bipolär transistor.


73/

Karl-Arne
SM0AOM

 

[SM4WWG]

Hamnade i samma bryderi då jag höll på med ett liknande bygge, jag löste det så att inspänningen ändrades i steg om ca. 100 volt genom omkoppling på flera lindningar på transformatorn varefter utspänningen ändrades.

Ja, det är ju inte ett dumt sätt alls att kringå problemet.

Får kolla så min reglering fungerar bra med olika inspänningar (A/D och PWM, m.m) Får bli några timmar till i LTSpice

Tackar!

 

[SM4WWG]

Du har nästan svarat på din fråga själv...

Jag tror att du är bevänt av en "kyltunnel" med isolerade kylflänsar.
Står du ut med fläktsus och det räcker med fyra inbördes isolerade flänsar för att montera dina transistorer oisolerade så är saken biff

Elfa har inte kvar den ag tänker på som är uppbygg på fyra separata flänsar men denna jag länkar till visar vad för kylartyp jag menar:
https://www.elfa.se/elfa3~se_sv/elfa/init.do?item=75-602-76&toc=20507

Jag använde en sådan i min nätaggregatsplågare med gott resultat.

Annars har jag använt rör som reglerelement i mina högspänningsaggregat med gott resultat, man slipper ifrån en del problem men skaffar sig lätt nya, speciellt om man vill ha strömbegränsning

Fläktsus och sånt är inget problem i mitt fall. Intressant! Ska kika på det
där med "vindtunnel"! Tack för tipset!

PS: Riktigt snygg bygge din "nätdelsplågare"! : D.S

 

[SM4WWG]

Vi gjorde så här på jobbet, klarar 500W förlust.

View attachment 1532

Kylaren är av Heatpipe-typ (standard pc tillbehör)

/Micke

Nu börjar det likna något!
Vad blir det för K/W på en sån där mån tro?

Plus är ju att bygget skulle se riktigt "sci-fi" ut

 

[SM4WWG]

Du behöver ta hänsyn till flera saker;

- Kontinuerlig effektförlust som dimensionerar kylflänsen
- Transient Safe Operating Area (SOAR) på transistorerna
- Kontinuerlig SOAR

Det blir besvärligt att dimensionera så att man klarar alla dessa krav under alla belastningsfall.

Skulle rekommendera att man använder åtminstone två spänningssteg så att effektförlusten minimeras vid låga utspänningar. Om transformatorn har ett mittuttag går detta att använda så att en helvågslikriktare ger säg 280 V för det låga området, och 560 V för det höga området med en vanlig Graetz-brygga. Det är en påtaglig skillnad mellan 90 W och 180 W effektförlust, i synnerhet kontinuerligt.

Vill man lägga ner mer tankemöda så går det att utföra ett aggregat med ännu flera spänningssteg. Oltronix Labpac B605 (500 V 300 mA) använder 4 som realiseras genom att i princip seriekoppla ett variabelt antal separata spänningskällor, vilka har en egen serieregulator med en bipolär transistor.


73/

Karl-Arne
SM0AOM

Hej Karl-Arne!

Som vanligt dimper oraklet ned med saker man inte haft en tanke på!
Det är mycket uppskattat!
Kan inget alls om Transient Safe Operating Area (SOAR) osv. Får bli att
googla lite.

Det där med seriekopplade spänningsteg lät kul. Måste varje del för sig hållas "flytande" då eller? Tänkte på ifall man tar två PC-nätdelar och seriekopplar ex. 12 volt för 24 volt så får chassie inte ha kontakt, etc.

Enklast låter dock det du sa med mittuttag. Kikade i lådan och hittade en
trafo med mittuttag för spänningarna 200, 250, 300 och 350. Borde väl mellan
tummen och pekfingret ge 280, 350, 425 och 500 ut efter likriktning osv.
Så med kombinationer med helvågslikriktare och en Graetzbrygga och alla dessa möjligheter kan man nog få till något utan en massa förluster.
Har inga data på trafon gällande VA så får ta fram linjalen och mäta/räkna lite på vad det kan tänkas vara för ungefärligt.

Tack så länge!

Mvh // Jörgen

 

[SM0GLD]

Nu börjar det likna något!
Vad blir det för K/W på en sån där mån tro?

Plus är ju att bygget skulle se riktigt "sci-fi" ut

Vet inte riktigt hur man räknar kyleffekten på en heatpipe.
Den måste bli rejält varm innan något händer men när den väl börjar "leverera" så stannar temperaturökningen abrupt.
En annan viktig parameter är kylpastan. Det finns det vanliga vita kladdet och så finns det den "dyra" varianten som säljs i små sprutor.
Innehåller visst metallpartiklar tror jag och skillnaden är grym


Gillar du manliga prylar med avgasrör så är heatpipe ett klart måste för dig

/Micke

 

[SM0RCL]

Heatpipes till datorer.

Eftersom jag har lekt med den roliga hobbyn överklockning, så brukar jag rekommendera max 200W i förlusteffekt genom en heatpipe. I alla fall med vettiga fläktar i PC-miljö. Kan tänka mig att det är ungefär lika för ett slutsteg.

Ska man gå över 200W i förlusteffekt, så är nog vattenkylning att föredra, alla gånger. Förhoppningsvis kan man använda något från PC-världen, eller så måste man vara kompis med någon som äger en fräs och lite tid...

Jag skulle nog börja fundera på något switchat när det gäller sådana effekter. Förlusteffekter i form av värme kostar både i elräkningar och i miljön där man vistas.

Bara mina 2 korvören i debatten.

mvh
Kai

 

[SM0GLD]

Ska man gå över 200W i förlusteffekt, så är nog vattenkylning att föredra, alla gånger. Förhoppningsvis kan man använda något från PC-världen, eller så måste man vara kompis med någon som äger en fräs och lite tid...


mvh
Kai

Håller till 100% , vi har pressat "pipan" ganska hårt.
Vi behövde bra isolationsspänning och därför kör vi med tjocka aluminiumoxidbrickor, tunnare är bättre om man prioriterar kylning.
Dessutom kan man montera på flera fläktar, vi kör bara med en fläkt.

/Micke

 

[SM4WWG]

Vidare....

Då jag haft lite instabilitetsproblem i simuleringen av 0-500V/0-300mA-projektet tänkte jag testa med en liknande reglering för lägre spänningar.
Jag får problem då strömbegränsningen är satt väldigt nära den ström som lasten verkligen vill dra. Kondensatorerna C4 och C3 finns ju där för att
undvika oscillation.

I exemplet på bilden kan jag sätta begränsningen till allt annat än ung. 199 mA.
Då börjar det svänga.

Någon som har tips/synpunkter? Eller är det kanske bara i simulering detta
problem uppstår? Behövs det någon typ av RC-filtrering för att fördröja regleringen lite mer?

73 de SM4WWG // Jörgen

 

[SM0AOM]

Utan att veta alla detaljer misstänker jag att det är fråga om avrundningsfel eller diskontinuiteter i modellen.

Det kan vara så att villkoret för strömbegränsning, som i sig innebär en diskontinuitet, orsakar en pol eller division med noll någonstans i modellen.

En konstruktion i sinnevärlden har fördelen att realiserbara komponenter har ändliga bandbredder och förstärkningar.

73/

Karl-Arne
SM0AOM

 

[SM0GLD]

Har du provat att sätta in en riktig komparator istället för U3 (TL071)
De flesta OP-ampar är inte bra på att agera komparator.

/Micke

 

[SM4WWG]

Utan att veta alla detaljer misstänker jag att det är fråga om avrundningsfel eller diskontinuiteter i modellen.

Det kan vara så att villkoret för strömbegränsning, som i sig innebär en diskontinuitet, orsakar en pol eller division med noll någonstans i modellen.

En konstruktion i sinnevärlden har fördelen att realiserbara komponenter har ändliga bandbredder och förstärkningar.

73/

Karl-Arne
SM0AOM

Absolut! En simulering är bara så bra som dess motor och modeller.
Men jag tycker att vägen: Idé -> Simulering -> "breadboard" test -> riktigt bygge inte är så tokig. Iaf för mig. Tillåter mig göra en massa misstag i simulatorn. Tycker jag att jag är i närheten blir det verkligt bygge

 

[SM4WWG]

Har du provat att sätta in en riktig komparator istället för U3 (TL071)
De flesta OP-ampar är inte bra på att agera komparator.

/Micke

Provade att använda en LM339 i simuleringen. med lite feedback (för större hysteres) och en liten konding så håller den sig stabil även på 199mA.
Men som sagt. Som -AOM skrev kanske problemet inte hade uppstått i verkligheten. Å andra sidan uppstår ju en massa annat konstigt i "verkligheten"
Tack för tipset. Ska se ifall jag får det att fungera i högspänningsvarianten med.

 

[SM4WWG]

Kört fast....

Har kört fast lite...

Det som fungerar i "lågspännings"-variant, blir helt knas konstruktionen
"görs om" för högre spänningar. Har suttit och simulerat (för många dagar) nu
och blir inte klok på detta. Det kanske är dags att kasta ut simuleringen
och bygga ihop det fysiskt och börja felsöka där.

I princip har jag tänkt mig något ungefär som på bifogat schema. På schemat är det bara en MOSFET i seriekoppling (det går väl åt 6-8 st för att orka med förlusterna). En andra MOSFET + BJT är till för att kunna styra med lägre spänning. Nåväl... Detta verkar fungera med 0-5 volt in och 0-495 volt ut (cirka). Allt verkar frid och fröjd.

Man när jag smackar in det som ska strömbegränsa går det åt pipan. Svänger och tar 100 år att simulera, etc.

Det jag gör är att jag mäter spänningsfallet över R1 via spänningsdelare liknande R4/R5 som sen går till en diff. först så jag får exempelvis 100mv/mA. Detta går sen till en komparator och utgången till en trissa som drar ner spänningen till Q1 (via lite motstånd, etc)

Och ja, kanske lite primitivt med spänningsdelare från 500 till 5 volt (har även en variant med op amp osv)

Hur som helst - Hur skulle ni gjort för att strömbegränsa? Något måste jag bevisligen göra tokigt. Ungefär samma koppling funkar om jag bygger den för ex. max 15 volt ut, dvs ett 0-15 volt med passande strömbegränsning.

Något jag trodde skulle vara lätt visade sig riktigt bökigt... Eller så är det LTSpice som "luras" totalt


Bilden är schemat utan strömbegränsning så ni kan få komma med förslag ;-) Hihi!

 

[SM4WWG]

Funkar....(kanske)

Gav mig inte och klurade lite till. Har fuskat lite med mätningen av strömmen. Just nu använder jag en simulatorfunktion där. Så B1 ger alltså ut en spänning baserat på strömmen genom R1. Så här verkar kretsen fungera och är stabil och rätt snabb på att "svänga in".

Synpunkter och tips mottages givetvis tacksamt!

Nu till att fixa dit delen för strömmätningen. *phu*

 

[SM0GLD]

Jag kopplade upp en nästan likadan regulator.
Använde en optokopplare för att kunna styra MosFeten från lågspänningssidan.

Fungerade väldigt likt "skolboken" vilket betyder att regulatorn är bara stabil med en dominant pol och det är utgångskondingarna som står för den.

Genom att slöa ner op-ampen så kunde jag lätt starta självsvängning.

Har ännu inte simulerat strömbegränsning.

/Micke