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Autor Tópico: aviso curto circuito.  (Lida 3278 vezes)

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Offline dio123

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aviso curto circuito.
« em: 12 de Abril de 2013, 00:12 »
Boa noite,
Tenho o sistema de aviso curto circuito igual a este http://www.rlocman.ru/i/Image/2011/03/28/Schematic.gif
 montando na minha fonte de alimentação. Que quando há curto circuito acende o led.
No entanto vou emprestar e vai levar um transformador 24v 5A.
Queria adaptar é o sistema de aviso curto circuito para os 5A, e a minha pergunta é:

Basta trocar os  transistores para outros que suportem 5A certo, ou perciso fazer mais do que isto?
npn pelo 2n3055?
desde já agradeço

« Última modificação: 12 de Abril de 2013, 12:06 por dio123 »

Offline dropes

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Re: aviso curto circuito.
« Responder #1 em: 12 de Abril de 2013, 01:03 »
O link não dá em nada.
Era bom teres colocado aqui o esquema da fonte de alimentação, se vais colocar um transformador diferente tens de ter atenção às limitações do circuito actual, como a largura de pistas, fusíveis, tensão dos condensadores e possível dissipador.

O 2N3055 suporta 15A-60V (115W) mas recomendo um outro, o MJ15003 (NPN) 20A-140V (250W) também é barato e suporta melhor a corrente.

Minha fonte tem dois MJ15004 (PNP) e está configurado para 30V 7A, mais que isso queima.
Não faz mal abusar nas potências, como este que referi, deveria aguentar 20A mas não o faz.

Offline senso

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Re: aviso curto circuito.
« Responder #2 em: 12 de Abril de 2013, 02:29 »
Tem um ponto a mais..
http://www.rlocman.ru/i/Image/2011/03/28/Schematic.gif

Isso é definido pelas resistências, e não pelos transistores usados.
Avr fanboy

Offline dio123

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Re: aviso curto circuito.
« Responder #3 em: 12 de Abril de 2013, 12:22 »
link corrigido.
Como é que o transistor sk100 aguenta. No datasheet diz que o colector current é de  500ma.
Se puxar 2 ou 3A o transistor vai aquecer, ao estarei enganado.

obs: a saida o/p1 na minha fonte nao existe.

Offline Njay

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Re: aviso curto circuito.
« Responder #4 em: 12 de Abril de 2013, 13:29 »
Na prática os transistores estão limitados pela potência que conseguimos fazê-los dissipar.
Por exemplo o caso do 2N3055, especificado para 15A 60V 115W. Vamos imaginar que está num regulador de fonte em que vêm 20V (por exemplo dum transformador + condensadores de filtragem) e temos a saída regulada para 5V.

Será que conseguimos ter 10A à saída? Afinal é menos do que os 15A que a datasheet diz.
O transístor vai dissipar (20V - 5V) x 10A = 150W . Ups, parece que não, ele só conseguirá dissipar 115W.

E se forem 5A?
O transístor vai dissipar (20V - 5V) x 5A = 75W . Bom, já está dentro dos 115W que a datasheet diz. Mas será que este circuito vai mesmo conseguir ter 5A continuos à saída? Depende de se conseguimos ou não "extrair-lhe" o calor gerado por estes 75W, caso contrário ele vai fritar. A ver se não me engano nisto.
A datasheet tem outros parametros que são a resistência térmica entre o silicio e o pacote (1.52ºC/W) e a temperatura máxima do silicio (200ºC). A resistência térmica diz-nos que, por cada W dissipado no silicio do transistor, a sua temperatura (do silicio) é sempre 1.52ºC mais alta do que a temperatura do pacote (pacote = a caixa do transistor). Como o calor dissipado tem que ir para o ar, há outras resistências térmicas entre o pacote e o ar, nomeadamente entre o pacote e o dissipador e entre o dissipador e o ar. A 1ª podemos dizer que anda pelos 0.2ºC/W a 0.5ºC/W para os métodos habituais (pasta térmica, pad de silicone) e a 2ª depende do dissipador e se há ou não ventoínhas. Por exemplo este dissipador sem ventoínha tem uma resistência térmica de 3.3ºC/W:



Se usássemos este dissipador, a resistência térmica total (entre o silicio e o ar ambiente), é 1.52 + 0.2 + 3.3 = 5.02ºC/W, ou seja, por cada W dissipado no transístor a temperatura do silicio é 5.02ºC mais alta do que a do ar em volta do transistor. Para o nosso caso de 75W e se já estivessem 30ºC no ar (em volta do transistor), a temperatura do silicio seria de 75 x 5.02 + 30 = 406.5ºC, o que é óbviamente impossível! O transistor fritava, quando chegasse aos 200ºC o silicio começava a derreter e acabava-se a festa. Portanto tinhamos que ter um dissipador maior ou ter ventoínhas ou arrefecimento a água.

Então com este dissipador acima qtos Ampères consigo ter continuamente a uma temperatura ambiente de 30ºC? Se usarmos os 200ºC como limite, podemos fazer as contas ao contrário:

 200ºC = P x 5.02ºC/W + 30 => P = (200 - 30) / 5.05 ~ 33.6W
 P = Io x (20V - 5V) => 33.6W = Io x 15V => Io = 33.6 / 15 = 2.24A

Uns "míseros" 2.24A face ao valor 15 da datasheet. Mas a coisa não acaba aqui. É que por motivos de fiabilidade e segurança, não queremos que o silicio no transistor chegue aos 200ºC; eu não iria para além dos 150ºC e já é abusar um pouco. Há uma regra, nãome lembro bem, mas penso que por cada 10ºC a mais de temperatura o tempo de vida é reduzido a metade. E também temos que ter em conta que em climas mais quentes a temperatura ambiente é mais alta; digamos que o nosso dispositivo tem que suportar dias com o ar à volta a 50ºC (o ar em redor do transistor está sempre um nadinha mais quente. Se re-fizermos as contas acabamos com 1.3A. Por curtos periodos de tempo podemos abusar um bocado, mas para um funcionamento contínuo é este o limite.
« Última modificação: 12 de Abril de 2013, 13:31 por Njay »

Offline dio123

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Re: aviso curto circuito.
« Responder #5 em: 14 de Abril de 2013, 14:21 »
desde já agradeço Njay pela a explicação.
Então o grande problema que os transistores é o calor.

Tive a fazer as contas a alguns transistor e não dei com nenhum. Ou então estou a fazer mal as contas.
Por exemplo MJ11015. 120V; 30A; 200W
O transformador sai  12v e se uma bateria tiver totalemente descarregada pode puxar até 7A
12v X 7A = 84W potencia  que o transistor vai ter de dissipar.
resistencia termica entre silico e pacote: 0.87ºC/W
temperatura maxima: 200ºc

0.87+0.2= 0.89ºc/w sem contar com dissipador.
0.87+0.2+3.3= 4.37ºc/w a contar com dissipador assim por alto.

Se o ambiente estiver a 30ºc:
sem dissipador 84x0.89+30= 90.48ºc
se acrescentar um dissipador 84x4.37+30= 397.08ºc

Offline Njay

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Re: aviso curto circuito.
« Responder #6 em: 14 de Abril de 2013, 14:48 »
Citar
O transformador sai  12v e se uma bateria tiver totalemente descarregada pode puxar até 7A
12v X 7A = 84W potencia  que o transistor vai ter de dissipar.

No transistor só é dissipada a diferença de tensão entre a saída do regulador e a entrada do mesmo. Para ter 12V a ser dissipados como indicas, ou a bateria é de "zero V" ou o transformador dá 24V. Não podes carregar uma bateria de 12V (vou assumir neste post que é bateria de chumbo) a partir dum transformador de 12V (pelo menos não a 100%).
Para carregar uma bateria de 12V terias que ter um transformador por exemplo de 15V; aí o transistor só teria que dissipar no máximo (15V - 10.5V) * 7A = 31.5W. Porque é que usei 10.5V? Porque em geral é a tensão minima a que uma bateria de chumbo pode ser descarregada; se descarregares mais já começas a "estragá-la muito". (um carregador decente limita a corrente e não a tensão, caso contrário alguém podia meter uma bateria estragada, ou fazer um curto-circuito à saída do carregador, e os transistores reguladores lá dentro fritavam com o calor).

0.87+0.2= 0.89ºc/w sem contar com dissipador.

Mas assumindo que eram mesmo 84W de dissipação, aqui deveria ser 0.87 + X, em que X é a resistência térmica entre o pacote e o ar. A datasheet que vi do 2N3055 não indica esse X (provavelmente porque não faz sentido usar o transistor sem ser numa aplicação em que a dissipação obrigue a usar um dissipador), mas é um valor grande. Por exemplo para um pacote TO-220, anda nos 60ºC/W. Também usaste neste caso a resistência térmica da "pasta", só que quando não tens dissipador não vale a pena meter pasta :), daí que é apenas a soma das resistências térmicas silicio-pacote e pacote-ar. Normalmente as datasheets indicam logo a resistência térmica silicio-ar.

Repara como ao meter um dissipador estás a substituir a grande resistência térmica pacote-ar por uma mais pequena que é a soma da da pasta com a do dissipador (que na verdade é "dissipador-ar").
Dei aí uma procuradela e vi indicarem a resistência térmica silicio-ar do pacote TO-3 (2N3055) como 35ºC/W. Com aquele dissipador de 3.3ºC/W estás a "substituir" 35ºC/W por 0.2 + 3.3 = 3.5ºC/W.

Repara também que a resistência térmica indicada para *este* dissipador só é válida quando lá está montado um dispositivo no pacote TO-3 (porque é um dissipador especificamente para TO-3), e quando não há ar forçado (ventoínhas). Com uma ventoínha a resistência térmica baixa; para quanto? Depende da ventoínha, teria que ser testado e medido. Alguns fabricantes de dissipadores indicam que se for um fluxo de ar Y o novo valor para a resistência térmica é Z.

Eu usei a palavra "silicio" para ser mais óbvio de perceber, mas na verdade costuma-se dizer "junção" (por razões históricas; os 1ºs dispositivos eram diodos, que são uma "junção" de 2 materiais, e então referiam-se à "temperatura na junção").

Em geral todas as datasheets de semiconductores (e não só) indicam as resistências térmicas.
« Última modificação: 16 de Abril de 2013, 15:34 por Njay »