elektronski fakultet niš katedra za...
Post on 28-Feb-2020
3 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Analogna mikroelektronika
Z. Prijic
Elektronski fakultet NišKatedra za mikroelektroniku
Predavanja 2018.
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Sadržaj
1 Linearni izvori napajanja
2 Linearni naponski regulatori
3 Elektro–termalna analogija
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Deo 1
Linearni izvori napajanja
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Izvori jednosmernog naponaBlok šema izvora napajanja
Zadatak izvora napajanja je da naizmenicni napon iz mreže pre-tvori u jednosmerni, svodeci pri tome njegovu amplitudu na že-ljeni nivo, kao i da takav jednosmerni napon ucini dovoljno sta-bilnim u smislu imunosti na varijacije mrežnog napona i šumove.
Rezervoar(filtar)
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Podela izvora napajanja
linearniprekidacki (engl. switch)
Kod linearnih izvora napajanja se, u opštem slucaju, ulazni na-pon vrednosti VIN transformiše u izlazni napon vrednosti VOUT
na principu promenljive provodnosti elementa koji se nalazi iz-medu ulaza i izlaza, pri cemu je VOUT < VIN . Taj element jestandardno tranzistor, bipolarni ili MOS.
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaIspravljacki blok
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaUlazni mrežni napon
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaNapon na sekundaru
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaIspravljeni naizmenicni napon - na izlazu Grecovog spoja
Ucestanost je sada 100Hz. Amplituda je umanjena za približno 1,4V (pad napona nadve diode unutar Grecovog spoja).
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaRezervoar (filtar)
Kondenzator C1 je rezervoar (reservoir capacitor, smoothing ca-pacitor ), a naziva se i ulazni filtarski kondenzator.
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaFiltrirani napon
Vr – ripple voltage
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaNaponski regulator (VC ≡ VIN )
Naponski regulator je kolo koje na izlazu daje stabilisani napon.
input outputREGULATOR
Ci Co
VIN VOUT
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaIspravljac i naponski regulator
+
~
~
vin
T1
RL
U1vout
+C1 C
2 C3
+
VOUTU2
F1
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaStabilisani izlazni napon
VO
UT (
V)
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Deo 2
Linearni naponski regulatori
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaParametri naponskog regulatora
Osnovni parametri su linijska regulacija i regulacija opterecenja:
Line regulation (%) =
(∆VOUT
∆VIN
)· 100% (1)
Load regulation (%) =
(VNL − VFL
VFL
)· 100% (2)
NL – bez opterecenja (no load);FL – pod punim opterecenjem (full load). Alternativno,
Load regulation (%/A) =∆VOUT /VOUT
∆IOUT· 100% . (3)
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaVrste naponskih regulatora
Naponski regulatori se mogu podeliti na:regulatore sa fiksnim izlaznim naponomregulatore sa podesivim (adjustable) izlaznim naponom
Za sve regulatore karakteristican je minimalni pad napona na re-gulatoru za koji se garantuje stabilna vrednost izlaznog napona(dropout voltage).
Primer: Regulator LM7805 ima na izlazu fiksni napon 5V, a mi-nimalni pad napona je 2V. To znaci da napon na ulazu regula-tora mora biti najmanje 7V, da bi regulator radio stabilno.
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaPrimer regulatora sa fiksnim izlaznim naponom
IN3
2
OUT 1
GND
U2 LP2950ACZ-5
0.1uFC1 33uF/10V
C2
220uF/10VC3
0.1uFC4
V_OUTV_IN
Izlazni napon regulatora je fiksan VOUT = 5V. Prema specifi-kaciji proizvodaca, maksimalna dozvoljena struja kroz regulatorje 100mA. C1 i C4 su bypass kondenzatori i služe za eliminacijuneželjenih signala visokih ucestanosti. C4 se postavlja blizu kolakoje se napaja iz regulatora.
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaRegulatori sa podesivim izlaznim naponom
RL
VIN
+C1 C
2
C3
+
VOUT
U2
R1
R2
OUT
ADJ
IN
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaPodešavanje izlaznog napona
Regulator je projektovan tako tako da se izmedu izlaza OUT iADJ , odnosno na otpornikuR1, uvek pojavljuje referentni naponVREF . Izlazni napon je odreden relacijom:
VOUT = VREF
(1 +
R2
R1
)(4)
Tipicno, VREF = 1,25V i predstavlja temperaturno nezavisnunaponsku referencu (bandgap voltage reference).
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaPrimer projektovanja regulatora sa podesivim izlaznim naponom
Kriterijumi izbora komponenata:
1 Tehnicki kriterijumiIspunjavanje osnovnih elektricnih zahteva u pogledunapona, struje, snage, itd.Postojanje komponente i u SMD i u ‚‚through–hole“ varijanti(zbog lakše izrade prototipa)Postojanje ekvivalenta drugog proizvodaca
2 Ekonomski kriterijumiPristupacna cenaRaspoloživost na domacem tržištuPotrebno vreme nabavke, u slucaju da komponente nemana lagerima dobavljaca
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaTehnicki zahtevi
Projektuje se sistem u kome prosecna potrošnja struje ne prelazi300mA, a u pikovima trajanja 500µs može dostici 1,2A. Jedno-smerni napon potreban sistemu iznosi 7,5V. Neka je na raspo-laganju AC/DC pretvarac (ispravljac) ciji je DC izlaz 12V 1,5A.Treba projektovati laboratorijski prototip DC/DC pretvaraca, po-mocu koga ce moci da se napaja sistem tokom razvoja.
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaIzbor regulatora
Izabran je pretvarac LM317, kog proizvodi veci broj proizvodaca.Za izradu prototipa izabrana je varijanta LM317T, u kucištu TO-220. Uvidom u tehnicku specifikaciju se može uociti:
TO−220T3SUFFIX
CASE3221AB
Pin 1. Adjust2. Vout
3. Vin
Heatsink surface connected to Pin 2.
3
12
parametar vrednostmaksimalni ulazni napon 40Vmaksimalna struja 1,5Apodesiv napon na izlazu 1,2V-37Vminimalni pad napona 3V
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaIzbor otpornika
Pošto je VIN − VOUT = 12 − 7, 5 = 4,5V, to je pad napona naregulatoru veci od minimalnog pada napona (3V) i regulator ceraditi stabilno.
Referentni dizajn proizvodaca1 preporucuje R1 = 240Ω. Ovo jestandardna vrednost otpornosti otpornika sa 1% tolerancije. Kodregulatora se za podešavanje izlaznog napona koriste otpornicisa 1% tolerancije. Iz (4) je:
R2 = R1
(VOUT
VREF− 1
)= 240
(7, 5
1, 25− 1
)= 1,2 kΩ .
Izracunata vrednost je takode standardna vrednost otpornostiotpornika sa 1% tolerancije.
1Videti, npr. http://onsemi.com→ Search "LM317"→ Datasheet.Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaIzbor kondenzatora
IN3
1
OUT2
ADJ
U1 LM317T
V_IN V_OUT
240R 1%R1
100nC2
100u/16V
C3
1k2 1%R2
220u/25V
C1
C2 je keramicki kondenzator (bypass), dok su C1 i C3 elektrolitskikondenzatori (obratiti pažnju na naponski rejting). Proizvodacipreporucuju minimalne vrednosti, a u praksi je bolje, ako to pro-stor dopušta, imati vece vrednosti kapacitivnosti kondenzatoraC1 i C3.
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaZaštita od suprotne polarizacije na ulazu
IN3
1
OUT2
ADJ
U1 LM317T
V_IN V_OUT
240R 1%R1
100nC2
100u/16V
C3
1k2 1%R2
220u/25V
C1
D1
1N4007
Potencijalni nedostatak: napon na ulazu regulatora je manji odnapona VIN za pad napona na diodi VD1 = 0,7V. Umesto diode,može se koristiti pnp tranzistor u zasicenju. Takode, mogu sekoristiti LDO (Low DropOut) regulatori.
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaFleksibilnije rešenje
IN3
1
OUT2
ADJ
U1 LM317T
V_IN V_OUT
240R 1%R1
100nC2
100u/16V
C3
220u/25V
C1
D1
1N4007
2k
R2Trim
R2 je višeobrtni trimer. Prilikom podešavanja, treba obratiti pa-žnju da vrednost otpornosti ne bude previše mala ili velika.
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaSa transformatorom i ispravljacem
IN3
1
OUT2
ADJ
U1 LM317TV_IN
V_OUT
240Rr1%R1
100nC2
100u/25V
C3
2k7r1%R2
4700u/35V
C1
BR1
F2
50Hz230V_rms
T1F1
D1
1N4002
Kondenzator C1 treba da bude vece kapacitivnosti, kako bi kom-penzovao kratkotrajne propade i eventualne prekide mrežnognapajanja.
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaSa transformatorom i ispravljacem
Transformator se bira tako da mu je efektivna (rms) vrednost na-pona na sekundaru približno jednaka željenoj vrednosti naponaVOUT . Pored toga, mora imati i dovoljnu snagu2, kako bi davaoodgovarajucu struju. Osigurac u primaru štiti korisnika i okolinuod kratkog spoja na ulazu transformatora. Osigurac u sekundaruštiti transformator, koji je najskuplji deo izvora. Osiguraci se di-menzionišu prema strujama transformatora, a moraju biti tromi(slow–blow, time–delay ), kako ne bi pregorevali usled eventu-alne pojave pocetne udarne struje (inrush current). U slucajuda su kucište ili šasija uredaja metalni, uzemljenje je obavezno!
2Kod transformatora je važan pojam i prividna snaga (apparent power)!Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaSa transformatorom i ispravljacem
IN3
1
OUT2
ADJ
U1 LM317TV_IN
V_OUT
240R 1%R1
100nC2
100u/25V
C3
2k7 1%R2
4700u/35V
C1
BR1
F2
50Hz230V_rms
T1F1
D1
1N4002
10u/25V
C5
D21N4002
Dioda D1 sprecava pojavu inverznog napona na regulatoru: akona ulazu regulatora dode do kratkog spoja, izlazni kondenzatorC3 ce se prazniti preko diode D1, a ne kroz regulator.
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaSa transformatorom i ispravljacem
IN3
1
OUT2
ADJ
U1 LM317TV_IN
V_OUT
240R 1%R1
100nC2
100u/25V
C3
2k7 1%R2
4700u/35V
C1
BR1
F2
50Hz230V_rms
T1F1
D1
1N4002
10u/25V
C5
D21N4002
Kondenzator C5 uklanja ripple, kao i šumove, a dioda D2 spre-cava njegovo pražnjenje preko regulatora.
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaProcena vrednosti ulaznog filtarskog kondenzatora
Primer: napon na sekundaru transformatora Vsec = 15V (efek-tivna vrednost), struja koju povlaci opterecenje IL = 0,5A.
Amplituda napona na sekundaru je:
VSEC = Vsec ·√
2 = 15 · 1, 41 = 21,15V .
Na izlazu iz Grecovog spoja je amplituda napona VSEC − 1, 4 =19, 75 ' 20V. Napon Vr (ripple) ne bi trebao, u prvoj aproksima-ciji, da bude veci od 5% ove vrednosti:
Vr = 20 · 0, 05 = 1V .
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaProcena vrednosti ulaznog filtarskog kondenzatora
Ucestanost ispravljenog signala je 100Hz, pa je perioda T = 10ms.Prva aproksimacija3:
C1 ≈ILT
Vr=
0, 5 · 10× 10−3
1= 5000µF ,
pa se može uzeti manja standardna vrednost 4700 µF. Za finije pode-šavanje se može proceniti da se kondenzator unutar periode T puni2ms do 3ms, a prazni 8ms do 7ms. Racuna se samo vreme pražnje-nja:
C1 ≈0, 5 · 7× 10−3
1= 3500µF ,
pa se može uzeti 3600µF ili 3300µF (Vr ce biti nešto veci).
3iC = C(dvC/dt)
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaIzvor simetricnog napajanja
IN3
1
OUT 2
ADJ
U1 LM317T
V_OUT
100R 1-R1
100nC2
100u/25V
C3
1k31-R2
4700u/35V
C1
BR1
F2
50Hz230V_rms
F1 T1
2×18V_rms
IN2 OUT 3
1
ADJ
U2LM337T
4700u/35V
C4
100nC5
100R 1-R3
1k31-R4
100u/25V
C6
-V_OUT
F3
0V
Koristi se transformator sa dva sekundara, koji su povezani ucenter–tapped konfiguraciju. LM337 je negativni naponski re-gulator. Obratiti pažnju na polarizaciju kondenzatora C4 i C6!
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaIzvor simetricnog napajanja sa regulatorima sa fiksnim izlaznim naponom
V_OUT
100nC2
100u/25V
C3
4700u/35V
C1
BR1
F2
50Hz230V_rms
F1 T1
2×15DV_rms
4700u/35V
C4
100nC5
100u/25V
C6
-V_OUT
F3
0DV
IN3
OUT1
2
GND
U1 LM7815
IN2
OUT3
1
GND
U2 LM7915
D1
1N4002
D3
1N4002
D21N4002
D41N4002
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaIzlazne zaštitne diode
Skriveni problem:
Ako, na primer, LM7815 ne startuje istovremeno kad i LM7915može se dogoditi da izlaz VOUT bude „povucen“ na negativnuvrednost (u zavisnosti od opterecenja i drugih faktora). Zbogtoga LM7815 može da se ne startuje uopšte (tzv. latch–up pro-blem), a na elektrolitskom kondenzatoru C3 se pojavljuje zna-cajan negativan napon! Dioda D2 sprecava ovakav scenario inapon na izlazu LM7815 u prelaznom režimu u najgorem slu-caju svodi na −0,7V, što je takode prihvatljivo i za kondenzatorC3. Identicnu ulogu u obrnutom scenariju ima dioda D4.
Diode D2 i D4 nazivaju se clamp ili shunt diode, a primenjuju sei kod regulatora sa podesivim izlaznim naponom.
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaIzlazne zaštitne diode
Samostalni izvori napajanja su zašticeni izlaznim diodama zaslucaj da se greškom na njihov izlaz prikljuci drugi izvor u opozi-ciji.
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaOsnovne karakteristike
Parametar Vrednost JedinicaLinijska regulacija 0,02–0,05 %Regulacija opterecenja 0,02–0,1 %Ripple 0,5–2 mVrms
4
Efikasnost 40–55 %
4rms - Root Mean Square (efektivna vrednost)Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Deo 3
Elektro–termalna analogija
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaHladenje regulatora
Tokom rada, kroz linearni regulator stalno protice struja. Zbogtoga se na njemu disipira snaga, pa se regulator zagreva. Dabi se izbeglo pregrevanje, u mnogim slucajevima je na regula-tor potrebno montirati hladnjak (heatsink ). Postavljaju se dvapitanja:
1 Da li je, za date uslove, potreban hladnjak?2 Ako je potreban, kako ga izabrati?
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaMontaža hladnjaka
Jezičak (TAB)
Na TAB izvodu je prisutan izlazni napon! Liskunski podmetac ili sili-konska guma se koriste da izoluju hladnjak od kucišta. Oba materijalasu dobri provodnici toplote i elektricni izolatori. Termoprovodna pa-sta služi da popuni mikroskopske neravnine na spojevima hladnjak–podmetac i kucište–podmetac i time omoguci bolji prenos toplote sakucišta na hladnjak. Plasticni prsten izoluje vijak od kucišta.
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaElektro–termalna analogija
R
I PT1 T2
Elektricna velicina Termicka velicinaPotencijal5 φ (V) Temperatura T (C)Struja I (A) Snaga disipacije P (W)Elektricna otpornost R (Ω) Termicka otpornost θ (CW−1)
5Napon: U = φ1 − φ2.Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaElektro–termalna analogija
Elektricno kolo (a) i analogno termalno kolo (b).
(a) (b)
I =φ2 − φ1R
(5)
P =T2 − T1
θ(6)
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaElektro–termalna analogija
Termicke otpornosti regulatora sa hladnjakom:
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaElektro–termalna analogija
Temperatura cipa se oznacava sa TJ i naziva se temperaturaspoja (T – Junction). Temperatura okoline (ambijenta) TA ustvari predstavlja temperaturu unutar uredaja ciji je regulator sa-stavni deo. Definicija termickih otpornosti:
θJC izmedu cipa i kucišta (junction-to-case)θCS izmedu kucišta i hladnjaka (case-to-heatsink )θS termicka otpornost hladnjaka (heatsink )θSA izmedu hladnjaka i okoline (heatsink-to-ambient)
Ukupna termicka otpornost:
θJA = θJC + θCS + θS + θSA (CW−1) .
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaElektro–termalna analogija
Otpornost θJC je tehnicka karakteristika tranzistora, a otpornostθCS karakteristika materijala upotrebljenog za elektricnu izola-ciju (ukljucujuci tu i termoprovodnu pastu). Otpornost θSA jeosnovna tehnicka karakteristika hladnjaka. Otpornost θS se naj-cešce zanemaruje, pa je ukupna termicka otpornost:
θJA ' θJC + θCS + θSA (CW−1) . (7)
Kada nema hladnjaka, onda je θJA = θJC .
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaIzbor hladnjaka
Proizvodaci u tehnickim specifikacijama navode termicku otpor-nost izmedu cipa i okoline θJA (junction-to-ambient). Medutim,treba naglasiti da je ovaj parametar, u stvari, karakteristika ku-cišta. Na primer, za kucište TO-220 je θJA = 62,5 CW−1. Toznaci da ce po svakom W disipirane snage temperatura cipaporasti za 62,5 C u odnosu na temperaturu okoline! Ako je re-gulator bez hladnjaka i TA = 25 C onda ce vec za 2W disipiranesnage temperatura spoja, na osnovu (6), biti:
TJ = 25 + 2 · 62, 5 = 150 C ,
što je za vecinu regulatora maksimalna dozvoljena temperaturaspoja.
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaIzbor hladnjaka
Disipacija snage na LM317T se može odrediti pomocu aproksi-mativne formule:
P ≈ (VIN − VOUT )ILmax , (8)
pri cemu je ILmax maksimalna struja kroz opterecenje.
Primer: VIN = 12V, VOUT = 5V, ILmax = 500mA.
P ≈ (12− 5) · 0, 5 = 3,5W .
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaIzbor hladnjaka
Prema specifikaciji proizvodaca, maksimalna dozvoljena tempe-ratura spoja je TJ = 150 C i θJA = 65 CW−1. Neka je mak-simalna temperatura unutar uredaja u kome ce biti regulatorTA = 50 C. Tada je, za snagu od 3,5W:
TJ = TA + θJAP = 50 + 65 · 3, 5 = 277,5 C ,
što je znatno više od maksimalne dozvoljene temperature spoja,pa je hladnjak potreban.
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaIzbor hladnjaka
Izracunava se θJA za maksimalnu dozvoljenu temperaturu spoja:
θJA =TJ − TA
P=
150− 50
3, 5' 28,6 CW−1 .
Iz tehnicke specifikacije proizvodaca je θJC = 5 CW−1. Vred-nost otpornosti θCS može znacajno varirati, zavisno od vrste idebljine materijala, termoprovodne paste, kao i primenjenog me-hanickog pristiska izmedu kucišta i hladnjaka. Ako se uzme daje θCS ≈ 1 CW−1, onda je iz (7):
θSA = θJA − (θJC + θCS) = 28, 6− (5 + 1) = 22,6 CW−1 .
Prema tome, potreban je hladnjak cija termicka otpornost nesme biti veca od 22,6 CW−1.
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaIzbor hladnjaka
Prethodno izracunavanje stavlja temperaturu spoja na maksi-malnu dozvoljenu vrednost, što nije dobro jer se skracuje radnivek i smanjuje pouzdanost regulatora. U praksi je bolje za tem-peraturu spoja uzeti neku manju vrednost, npr. 110 C. Tadaje:
θJA =TJ − TA
P=
110− 50
3, 5' 17 CW−1 ,
pa je
θSA = θJA − (θJC + θCS) = 17− (5 + 1) = 11 CW−1 .
Treba izabrati hladnjak cija termicka otpornost ne sme biti vecaod 11 CW−1.
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Linearni izvori napajanjaIzbor hladnjaka
Naravno, bolje je izabrati hladnjak sa manjom termickom otpor-nošcu. Na primer, može se izabrati komercijalno dostupni hlad-njak cija je termicka otpornost 10,2 CW−1. Tada ce biti:
θJA = θJC + θCS + θSA = 5 + 1 + 10, 2 = 16,2 CW−1 ,
odnosno:
TJ = TA + θJAP = 50 + 16, 2 · 3, 5 ' 107 C .
Izbor hladnjaka je gotovo uvek kompromis izmedu vrednosti ter-micke otpornosti, gabarita i cene.
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
Linearni izvori napajanjaLinearni naponski regulatoriElektro–termalna analogija
Završne napomene
Prilikom projektovanja izvora napajanja OBAVEZNO trebapoštovati sve mere bezbednosti koje propisujuodgovarajuci standardi!Prikazane elektricne šeme ne ukljucuju sve detalje izvora imogu se koristiti iskljucivo u obrazovne svrhe.Prilikom izbora transformatora, osiguraca, kao i drugihelemenata zaštite obavezno treba prouciti dodatnu strucnuliteraturu, a posebno informacije i preporuke date utehnickim specifikacijama proizvodaca.
Z. Prijic Analogna mikroelektronika
top related