Survey
* Your assessment is very important for improving the workof artificial intelligence, which forms the content of this project
* Your assessment is very important for improving the workof artificial intelligence, which forms the content of this project
ÖVNINGSUPPGIFTER I TERMISKA EFFEKTER, KYLNING. Bilagt finns datablad för TIP31-32, L7800, TLE2301 1. Följande frågor gäller TIP31. a) Vad är den maximala kollektorströmmen genom transistorn vid likström? b) Om transistorn används i en switchkoppling vad säger databladet om spänningen mellan kollektor-emitter vid bottnad transistor? c) Om transistorn är i rumstemperatur och utan kylare vilken maximal förlusteffekt tål den? d) Antag att termiska resistansen mellan hölje och omgivning är 0 K/W (ideal kylning) vilken maximal förlusteffekt tål den då i rumstemperatur? 2. Följande uppgift gäller L7805AC kapsel TO-220. Antag att Uin= 10 V och Iut= 0,1A. Kretsen är i rumstemperatur. a) Vad blir förlusteffekten PD? b) Vad blir temperaturen på kristallen? c) Vad blir temperaturen på höljet? d) Antag att utströmmen Iut ökar. Om förutsättningarna enligt ovan i övrigt är desamma vilken är den maximala utströmmen från komponenten innan den överhettas? e) Vad blir Put vid d)? 3. En L7805ACD2T (se datablad) är ansluten till ett nät enligt figur nedan. Uin är likriktad och glättad och varierar mellan 12 och 15 V. Kretsen skall arbeta i rumstemperatur. Strömmen i Common kan approximeras till 0 A. a) Bestäm den maximala strömmen Iut som kretsen kan dimensioneras för under ovanstående förutsättningar om kapseln ej försetts med kylare. b) Vilken temperatur får höljet i a) c) En kylare skall dimensioneras och anslutas till kapseln. Mellan kapseln och kylaren antas termiska resistansen vara 1 K/W. Vilket värde bör termiska resistansen för kylaren ha om Iutmax = 800 mA? 4. Hur stor blir förlusteffekten i 7805:an i kopplingen? ο ο ο ο 0,3 W 7805 0,5 W 1 0,8 W 0,1 W Uin = 8 V VIN VOUT 2 Icom = 0 50 ohm 5. En 7812 i TO-200 kapsel med följande data Rth jc = 2 o C/W Rth ca= 60 o C/W är inkopplad enligt figur. Uin Enligt datablad är vidare Tjmax = 150 o C. Kretsen skall arbeta i rumstemperatur och ingen kylare skall anbringas på kapseln. 7812 1 VIN VOUT 2 Icom = 0 60 ohm Vilken är den maximala spänningen Uin utan att 7812 överhettas? ο ο ο ο 16 V 22 V 26 V 32 V 6. Följande uppgift gäller OP-förstärkaren TLE2301. Utdrag ur datablad bifogas. Observera att beteckningen Rth i databladet skrivs ZΘ . a) Under rubriken 'NE thermally-enhanced dual in-line package' Har fabrikanten räknat ut och presenterat maximala förlusteffekten för två olika fall. Visa hur beräkningarna gjorts. b) Antag att man genom att anbringa en kylare till kapseln lyckas få ZΘ c-a = 15 o C/W. Vilken blir då den maximala förlusteffekten om omgivningstemperaturen är 50 o C? 7. En L7805ACV (datablad bifogas) skall användas för att driva ett stort digitalt nät med TTL-grindar. Antag att Ioutput =1,2 A. Uin är väl glättad och kan variera mellan 9 V och 12 V. Kretsen skall arbeta i rumstemperatur. Icommon kan sättas till 0 A. Mellan kapseln och kylkroppen skall en isolerande glimmerskiva appliceras. Rth c-s =1 oC/W. Övriga data tas ur datablad. input Uin 7805 common output Uut a) Beräkna den högsta termiska resistansen som kylaren får ha utan att 7805-an överhettas vid belastning enligt ovan. b) Vilken blir den maximala temperaturen på kapselhöljet då kylaren är installerad och belastningen är enligt ovan? 8. För en kapsel TO-220 anges följande data Rthjc= 2 oC/W och Rthja=70 oC/W. För en transistor 2N3044 monterad i denna kapsel anges PDmax= 12 W och Tjmax=200 oC. a) Beräkna den högsta tillåtna likström IC vid en omgivningstemperatur på 25 oC då UCE= 20 V? (Från basströmmen kan bortses). b) Transistorn skall monteras på en kylare. Bestäm kylarens högsta termiska resistans om transistorns effektförlust är 10 W och omgivningstemperaturen 25 oC. Antag att termiska resistansen mellan transistorhöljet och kylaren är 1 oC/W. c) Antag att man på transistorn har anbringat en kylare så att Rthca= 1,5 oC/W och transistorns effektförlust är 12 W. Vilken högsta omgivningstemperatur kan transistorn då arbeta i utan överhettning? 9. Kopplingen nedan visar en del av en krets som skall generera en konstant spänning Uut över Rlast. Principen är att Ureg tas ur en konstantspänningskälla och håller alltid spänningen Ureg = 5,7 V. Transistorn Q1:s emitter kommer då att ställa in sig på en nivå som är 0,7 V under Ureg alltså blir Uut = 5 V. Uin är en väl glättad likspänning som kan variera mellan 8 och 12 V. Kretsen skall arbeta i rumstemperatur. För transistorn gäller att R th j-c = 5 K/W Rth j-a = 45 K/W (Utan kylare) Tj max = 200 oC Transistorn har mycket hög strömförstärkning varför IB får försummas. a) Beräkna den maximala utströmmen som kan tas ut genom Rlast utan att transistorn överhettas under de givna förhållandena. b) Beräkna den maximala uteffekten i Rlast om en kylkropp med Rth s-a = 5 K/W anslutes till transistorn. Antag att Rth c-s = 1 K/W. 10. VIN till regulatorn är 20 V. Vilken effekt utvecklas i regulatorn? U1 8 LM7812 VIN VOUT (Ungefärliga värden) a) b) c) d) 1W 5W 10 W 20 W 1 10 ohm 0 11. Antag att regulatorn enligt figur ovan har en sådan inmatningsspänning att att förlusteffekten PD i regulatorn blir 3 W. Den arbetar i rumstemperatur joch kristallens maxtemperatur är 150 grader. Vilket maximalt värde på totala termiska resistansen från kristall till omgivning får kapseln ha utan att bli överhettad? a) 10 K/W b) 20 K/W c) 40 K/W d) 50 K/W 12. Studera diagrammen för TLE2301 på sidan 4. a) På det ena diagrammet förekommer ett tryckfel, vilket? b) Beräkna maximala förlusteffekten utan kylare vid en omgivningstemperatur på 60 grader. c) Antag att förlusteffekten är 1 W och kretsen är i rumstemperatur. Vad blir då temperaturen på kristallen respektive höljet? Svar(förslag) 1. a) 3A, b) <1,2V, c) 2 W, d) 40 W 2. a) 0,5 W, b) 50 grader, c) 48,5 grader, d) PD=2,5 W men max är 2 W, e) 2 W ger Iut = 0,4 A 3. a) 0,2 A, b) 150-6=144 grader, c) Rths-a = 11,6 K/W 4. 0,3 W 5. 22V 6. a) 1,9=(150-85)/34, 1,5=(135-85)/34, b) 3,45 W 7. a) 10,9 K/W, b) 124,8 grader 8. a) 0,12 A, b) 14,5 K/W, c) 158 grader 9. a) 0,56 A, b) 11,4 W 10. 10 W 11. c:a 40 K/W 12. a) Vänster diagram ZθJC Æ ZθJA, b) 1,5 W, c) Tj = 85,4 grader och Tc=71,4 grader TIP31A/31C TIP32A/32B/32C COMPLEMENTARY SILICON POWER TRANSISTORS APPLICATION ■ LINEAR AND SWITCHING INDUSTRIAL EQUIPMENT DESCRIPTION The TIP31A and TIP31C are silicon Epitaxial-Base NPN transistors mounted in Jedec TO-220 plastic package. They are intented for use in medium power linear and switching applications. The complementary PNP types are TIP32A and TIP32C respectively. Also TIP32B is a PNP type. 3 1 2 TO-220 INTERNAL SCHEMATIC DIAGRAM ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS Symbol Parameter Value NPN TIP31A PNP TIP32A Un it TIP31C T IP32B TIP32C V CBO Collector-Base Voltage (IE = 0) 60 80 100 V V CEO Collector-Emitter Voltage (IB = 0) 60 80 100 V VEBO Emitter-Base Voltage (IC = 0) 5 V IC Collector Current 3 A ICM Collector Peak Current 5 A Base Current 1 A 40 2 W W IB P tot Ts tg Tj T otal Dissipation at Tc ase ≤ 25 o C T amb ≤ 25 o C Storage Temperature Max. Operating Junction Temperature -65 to 150 o C 150 o C For PNP types voltage and current values are negative October 1999 1/5 TIP31A/TIP31C/TIP32A/TIP32B/TIP32C THERMAL DATA R thj -case R thj -amb Thermal Resistance Junction-case Thermal Resistance Junction-ambient Max Max o 3.12 62.5 o C/W C/W ELECTRICAL CHARACTERISTICS (Tcase = 25 oC unless otherwise specified) Symbo l Max. Unit I CEO Collector Cut-off Current (IB = 0) Parameter for T IP31A/32A for T IP31C/32B/32C V CE = 30 V V CE = 60 V 0.3 0.3 mA mA I CES Collector Cut-off Current (VBE = 0) for T IP31A/32A for T IP/ 32B for T IP31C/32C V CE = 60 V VCE = 80 V V CE = 100 V 0.2 0.2 0.2 mA mA mA IEBO Emitter Cut-off Current (I C = 0) V EB = 5 V 1 mA V CEO(s us) ∗ Collector-Emitt er Sustaining Voltage (I B = 0) Test Con ditions I C = 30 mA for TIP31A/32A for TIP32B for TIP31C/32C Collector-Emitt er Saturation Voltage IC = 3 A V BE(on) ∗ Base-Emitter Voltage IC = 3 A V CE = 4 V DC Current G ain IC = 1 A IC = 3 A V CE = 4 V V CE = 4 V Small Signall Current Gain I C = 0.5 A I C = 0.5 A h fe I B = 375 mA V CE = 10 V f = 1 KHz V CE = 10 V f = 1 MHz ∗ Pulsed : pulse duration = 300 µs, duty cycle ≤ 2% For PNP types voltage and current values are negative. Safe Operating Area 2/5 Typ. 60 80 100 V CE(sat) ∗ h FE∗ Min. Derating Curves 25 10 20 3 V V V 1.2 V 1.8 V 50 L7800AB/AC ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS Symbol Parameter Value Unit 35 40 V V Vi DC Input Voltage (for VO = 5 to 18V) (for V O = 20, 24V) Io Output Current Internally limited P tot Power Dissipation Internally limited T op Operating Junction Temperature Range (for L7800AC) (for L7800AB) 0 to 150 -40 to 125 o T st g Storage Temperature Range - 65 to 150 o o C C C THERMAL DATA Symbol 2 Parameter R thj- ca se Thermal Resistance Junction-case R thj- amb Thermal Resistance Junction-ambient D PAK Max Max 3 62.5 TO-220 3 50 Unit o o CONNECTION DIAGRAM AND ORDERING NUMBERS (top view) D2PAK TO-220 Type L7805AB L7805AC L7806AB L7806AC L7808AB L7808AC L7809AB L7809AC L7812AB L7812AC L7815AB L7815AC L7818AB L7818AC L7820AB L7820AC L7824AB L7824AC TO-220 L7805ABV L7805ACV L7806ABV L7806ACV L7808ABV L7808ACV L7809ABV L7809ACV L7812ABV L7812ACV L7815ABV L7815ACV L7818ABV L7818ACV L7820ABV L7820ACV L7824ABV L7824ACV (*) AVAILABLE IN TAPE AND REEL WITH ”-TR” SUFFIX 2/17 D 2PAK (*) L7805ABD2T L7805ACD2T L7806ABD2T L7806ACD2T L7808ABD2T L7808ACD2T L7809ABD2T L7809ACD2T L7812ABD2T L7812ACD2T L7815ABD2T L7815ACD2T Output Voltage 5V 5V 6V 6V 8V 8V 9V 9V 12V 12V 15V 15V 18V 18V 24V 24V C/W C/W TLE2301 EXCALIBUR 3-STATE-OUTPUT WIDE-BANDWIDTH POWER OPERATIONAL AMPLIFIER SLOS131 – DECEMBER 1993 D D D D D D D D NE PACKAGE (TOP VIEW) High Output Drive Capability . . . 1 A Min 3-State Outputs High Gain-Bandwidth Product 8 MHz Typ Low Total Harmonic Distortion < 0.08% Typ High Slew Rate . . . 12 V/µs Typ Class AB Output Stage Thermal Shutdown Mains-Line Driver Circuit Application Included COMP2 VCC + OUT1 VCC – VCC – OUT2 VCC + TRS2 1 16 2 15 3 14 4 13 5 12 6 11 7 10 8 9 COMP1 VCC – 1N + VCC – VCC – IN – VCC – TRS1 Terminals 4, 5, 12 and 13 are connected to the lead frame. description MAXIMUM PEAK-TO-PEAK OUTPUT VOLTAGE vs FREQUENCY VO(PP) – Maximum Peak-to-Peak Output Voltage – V The TLE2301 is a power operational amplifier that can deliver an output current of 1 A at high frequencies with very low total harmonic distortion. The device has an integral 3-state mode to drive the output stage into a high-impedance state and also to reduce the supply current to less than 3.5 mA. The combination of high output current and 3-state outputs makes the TLE2301 ideal for implementing the signalling transformer driver in mains-based telemetering modems. This combination of features also makes the device well suited for other high-current applications (e.g., motor drivers and audio circuits). Using the Texas Instruments established Excalibur process, the TLE2301 is able to achieve slew rates in excess of 12 V/µs and a gainbandwidth product of 8 MHz. The TLE2301 uses a 16-pin NE power package to provide better power handling capabilities than standard dual-inline packages. 8 VCC ± = ± 5 V TA = 25°C 7 6 RL = 4.3 Ω RL = 8.1 Ω RL = 20 Ω 5 4 3 2 1 0 100 1k 10 k 100 k f – Frequency – Hz 1M 10 M Figure 1 The TLE2301 is characterized for operation over the industrial temperature range of – 40°C to 85°C. AVAILABLE OPTION PACKAGE TA VIOmax AT 25°C THERMALLY-ENHANCED PLASTIC DIP (NE) – 40°C to 85°C 10 mV TLE2301INE Copyright 1993, Texas Instruments Incorporated PRODUCTION DATA information is current as of publication date. Products conform to specifications per the terms of Texas Instruments standard warranty. Production processing does not necessarily include testing of all parameters. POST OFFICE BOX 655303 • DALLAS, TEXAS 75265 1 TLE2301 EXCALIBUR 3-STATE-OUTPUT WIDE-BANDWIDTH POWER OPERATIONAL AMPLIFIER SLOS131 – DECEMBER 1993 absolute maximum ratings over operating free-air temperature range (unless otherwise noted)† Supply voltage, VCC + (see Note 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 V Supply voltage, VCC – (see Note 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – 22 V Differential input voltage, VID (see Note 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ± 44 V Duration of short-circuit current at (or below) 25°C (see Note 3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . unlimited Continuous total dissipation at (or below) 25°C free-air temperature (see Notes 4 and 5) . . . . . . . 2075 mW Continuous total dissipation at 85°C case temperature (see Note 5) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4640 mW Operating free-air temperature range, TA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – 40°C to 85°C Operating case or virtual junction temperature range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – 40°C to 150°C Storage temperature range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – 65°C to 150°C † Stresses beyond those listed under “absolute maximum ratings” may cause permanent damage to the device. These are stress ratings only, and functional operation of the device at these or any other conditions beyond those indicated under “recommended operating conditions” is not implied. Exposure to absolute-maximum-rated conditions for extended periods may affect device reliability. NOTES: 1. All voltage values, except differential voltages, are with respect to the midpoint between VCC + and VCC – . 2. Differential voltages are at IN+ with respect to IN –. 3. The outputs when connected together may be shorted to either supply. Temperature and/or supply voltages must be limited to ensure that the maximum dissipation rating is not exceeded. 4. For operation above 25°C free-air temperature, derate linearly at the rate of 16.56 mW/°C. 5. For operation above 25°C case temperature, derate linearly at the rate of 71.4 mW/°C. To avoid exceeding the design maximum virtual junction temperature, these ratings should not be exceeded. Due to variations in individual device electrical characteristics and thermal resistance, the built-in thermal overload protection may be activated at power levels slightly above or below the rated dissipation. FREE-AIR TEMPERATURE DISSIPATION DERATING CURVE CASE TEMPERATURE DISSIPATION DERATING CURVE 10 Derating Factor = 16.56 mW/°C ZθJC = 60.4°C/ W PD – Total Continuous Power Dissipation – W PD – Total Continuous Power Dissipation – W 2.5 2 1.5 1 0.5 0 6 4 2 Derating Factor = 71.4 mW/°C ZθJC = 14°C/ W 0 25 4 8 40 55 70 TA – Free-Air Temperature – °C 85 POST OFFICE BOX 655303 0 • DALLAS, TEXAS 75265 25 50 75 TC – Case Temperature – °C 100 TLE2301 EXCALIBUR 3-STATE-OUTPUT WIDE-BANDWIDTH POWER OPERATIONAL AMPLIFIER SLOS131 – DECEMBER 1993 APPLICATION INFORMATION frequency compensation The TLE2301 amplifier requires one compensation capacitor. However, when driving heavy loads, stability can be increased by connecting VCC – terminals 10 and 15 to VCC – terminals 12 and 13 and using another capacitor between COMP2 and the outputs. The circuit included in this application has been designed with two compensation capacitors. The component values chosen are: + 15 pF C + 33 pF F2 C F1 These component values could be adjusted if the amplifier is used for higher-frequency applications. power dissipation The impedance of the mains network fluctuates greatly for many reasons, but its impedance at the supplydistribution transformer is typically very low, less than 1 Ω, whereas the mains impedance in a house commonly has a higher value, from 4 Ω to 40 Ω. For utility-metering applications, a master transmitter may be sited at the supply-distribution transformer and would need to deliver more power into the mains network than the household transmitter when generating comparable signal amplitudes. NE thermally-enhanced dual in-line package 14 mm d 5 mm d TLE2301 Z θJA – Junction-to-Ambient Thermal Impedance – °C/W The TLE2301 utilizes the four center terminals of the dual-in-line package (NE) to transfer heat to a copper area on the PCB. A copper area of 1290 mm2 provides a junction-to-ambient thermal impedance, ZθJA, of 34°C / W, allowing the device to dissipate up to 1.9 W at 85°C for a junction temperature of 150°C or up to 1.5 W at 85°C for a junction temperature of 135°C. JUNCTION-TO-AMBIENT THERMAL IMPEDANCE vs DIMENSIONS 50 45 40 35 30 25 20 0 10 20 30 d – Dimensions – mm NOTE: When d = 25 mm, ZθJA = 34°C/ W Figure 27. PCB Heatsink 20 POST OFFICE BOX 655303 • DALLAS, TEXAS 75265 40 50