Hi,
Hätte vielleicht jemand Zeit, mir meine Rechnung zu kommentieren?
letzte Zeit arbeitstechnisch etwas viel um die Ohren gehabt ...
Geh ich gleich mal ran ...
Also zuerst mal das Datenblatt:
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Anhang anzeigen BD135_137_139_Motorola.pdf
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Anhang anzeigen BD135_137_139_Fairchild.pdf
Grenzdaten:
V
CE0 maximal 80V
I
C maximal 1,5A
P
D maximal 1,25W bzw 12,5W (T
a, T
C .. hmmm
) ... klärt sich weiter unten
Der Verstärkungsfaktor h
FE scheint beim BD139 abhängig vom Kollektorstrom zu sein. Bei 150mA minimal 40 und bei 0,5A minimal 25.
Lüfter: 12V / 750mA so auf Anhieb schonmal im grünen Bereich der Grenzdaten.
Wir wollen schalten und nicht linear Strom regeln.
Motorola-Datenblatt Fig1: Bei T
J 125°C max (Sperrschichttemperatur)
Liegt Spannung und Strom absolut im grünen Bereich. Also kein Thema. Die Kühlung lassen wir erstmal außen vor. Der Transistor kann es auf jeden fall schon mal. Ist im Fairchild-Datenblatt (Fig4) auch zu sehen.
Bei
Fairchild gibts noch ne schöne Kennlinie (
Figure 1. DC current Gain). Da werd ich mich mal dran orientieren. Bei I
C=750mA liegt h
FE bei etwa 65 wenn V
CE 2V ist.
Ich mache jetzt wegen der ganzen vorhandenen Kennlinien
nur mit dem Fairchild-Datenblatt weiter ...
"
Figure 2. Collector-Emitter Saturation Voltage" sagt uns das bei I
C=750mA und einem 20fach kleinerem Basisstrom (also 37,5mA) etwa 250mV an der durchgeschalteten Kollektor-Emitter-Strecke abfallen. 37,5mA Basisstrom ist für nen Atmel auf jeden Fall zu viel für den IO-Pin. Ein kleinerer Basistrom wird auf jeden Fall die Sättigungsspannung unnötig nach oben treiben und damit die Verlusleistung des Transistors. Diese Info wäre jetzt eigentlich schon das Aus für eine Ein-Transistor-Lösung mit einem BD139 direkt am Atmel. Die anfallende Verlustleistung von 750mA * 0,25V = 0,1875W wäre sogar ohne Kühlkörper vertretbar. Hmmmm ... tja ...
Rechnen wir also mal mit der Kurve von "
Figure 1. DC current Gain" weiter. Damit wäre die Sättigungsspannung V
CE=2V. Das wäre eine Verlustleistung von 750mA * 2V = 1,5W . Da würde ich auf jeden Fall einen kleinen Kühlkörper dransetzen. Außerdem hat der Lüfter nun nur noch 10V zur Verfügung weil ja 2V am Transistor abfallen. Dafür haben wir im Gegenzug eine Stromverstärkung von 65.
Mal sehen ... 750mA (Lüfter) / 65 = 11,5mA Basistrom. Das würde am Atmel gehen. Man könnte sogar noch etwas Reserve draufsetzen und
15mA geben (maximal 20mA!! könnte man sich im Notfall auch noch leisten).
in "
Figure 3. Base-Emitter Voltage" sieht man die Basis-Emitter-Spannung bei gegebenem Laststrom. Das wäre bei 750mA und IB=Ic/10 etwa 0,9V Basisspannung. Bei der unteren Kurve ist der Transistor mit V
BE=0,85V lediglich "On". Bei der darüber sicher durchgeschaltet. Unsere Kurve liegt irgendwo dazwischen.
Ich tippe also mal auf etwa 0,87V Basis-Emitter-Spannung. Das mach dann mit einem Basisstromvon 15mA ...
Vcc=5V ist gegeben
V
OH ist bei einem Atmel mit 20mA und Vcc=5V maximal 4,2V. Siehe auch
"25.2 DC Characteristics" im Atmel Datenblatt von nem Mega8. ... das nehmen wir mal für die Berechnung. Er schaltet also maximal auf 4,2V wenn man auf High schaltet.
4,2V - 0,87V = 3,33V was noch am Widerstand abfallen müssen.
Das macht dann bei 15mA ... 3,33V / 0,015A = 222 Ohm
und bei 20mA ... 3,33V / 0,02A = 166,5 Ohm.
Die Lösung liegt also irgendwo zwischen 220 und 180 Ohm (beides die Normwerte in dem Lösungsfenster von 166,5 bis 222)
Mit 220 Ohm Basisvorwiderstand würden wir den Atmel also etwas entlasten und dafür am Transistor etwas mehr Verlustleistung haben (etwa 1,5W) und mit dem 180 Ohm würden wir dem Atmel etwas mehr Strom abverlangen und den Transistor etwas mehr schonen (weniger Verlustleistung). Beides wäre möglich.
Nun zum Kühlkörper. Die 1,5W sind auf jeden Fall für das TO-126 Gehäuse zuviel. Das kan diese Gehäuse so alleine nicht an die Luft abgeben. Also einen kleinen Kühlkörper dran.
Laut dem Datenblatt ist die absolute Grenztemperatur "T
J Junction Temperature = 150 °C". LLeider steht im Fairchild-Datenblatt kein Wärmewiderstand drin. Also
zurück zum Motorola-Datenblatt "Thermal Characteristics"...
Thermal Resistance, Junction to Case Theta
JC = 10°C/W (Wärmewiderstand Sperrschicht zum Gehäuse)
Thermal Resistance, Junction to Ambient Theta
JA = 100°C/W (Wärmewiderstand Sperrschicht zum Gehäuse)
Ahhh .. jetzt erschließt sich auch das T
a und T
C vom Anfang. Ambient und Case
Also weiter. Wir haben eine Verlustleistung von 1,5W. Damit wäre also die Sperrschichttemperatur bei einer Umgebungstemperatur von 25°C ...
1,5W * 100°C/W + 25°C =
175°C Absolut inakzeptabel und der sichere Tod für den Transistor.
Nun ein Kühlkörper ...
Ich rechne mal mit folgendem ...
V 4330N :: Rippen-Kühlkörper, 20x29x12mm, 13,5K/W für 0,49eur.
Die Maße ...
Allgemeines
Typ für TO220
Farbe schwarz
Maße
Länge 20,0 mm
Breite 29,0 mm
Höhe 12,0 mm
Ob nun TO220 oder TO126 ... sch... egal
Man benötigt für nen TO126 keinen Isoliernippel aber trotzdem eine Glimmerscheibe wenn man ihn isolieren will. Beim TO220 aber zusätzlich wegen der Metallfahne des Transistors den Isoliernippel. Beide werden mit ner M3 Schraube angeschraubt.
GLIMMER TO 220 :: Glimmerscheibe für Gehäuse TO 220 für 0,044eur/STK (kauft nen 10er Pack oder mehr. Benötigt man öfters
paßt für TO220 und normalerweise auch für TO126)
Datenblatt für die Glimmerscheiben ...
Anhang anzeigen GLIMMER.pdf
Daraus entnehmen wir ... für TO220 einen Wärmewiderstand von 1,2K/W (Kelvin pro Watt)
Kelvin = GradCelsius mit anderem Nullpunkt. Die Abstufung ist identisch.
Also weiter ...
Der Kühlkörper hat 13,5K/W und die Glimmerscheibe bei TO126 wohl noch etwas mehr (weil weniger Metallfläche wie ein TO220) also mal mit 2K/W rechnen. Der Transistor hat 10K/W von der Sperrschicht zum Gehäuse. Das macht dann ...
10K/W (Transistor) + 2K/W (Glimmer) + 13,5K/W (Kühler) = 25,5K/W gesamt.
Bei 25°C Umgebung und 1,5W Verlust also ...
1,5W * 25,5°K/W + 25°C =
63,25°C Absolut OK. Das wär es dann. Sicherheitshalber noch
ein wenig Wärmeleitpaste zwischenschmieren (NICHT!! alles zuschmieren sondern nur ganz dünn!) und alles ist gut.
Der Transistor wird also mit einem 180 Ohm oder 220 Ohm Basisvorwiderstand vom Atmel angesteuert. Damit hat der Lüfter noch etwa 10V im durchgeschalteten Zustand für seine Arbeit übrig. Für die Kühlung des Transistors nehmen wir den beschriebenen Kühlkörper (kann ja gleich mit in den Luftstrom).
ENDE der Erklärung.
Ich hab zwar jetzt die Berechnung nicht nachvollzogen aber dafür meinen Lösungsweg hoffentlich anschaulich aufgezeigt.
Gruß
Dino