|
Необходимый размер радиатора для ШИМ модулятора
| |
| kotrad78 | Дата: Четверг, 2025-Янв-02, 23:10 | Сообщение # 1 |
 опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 668
Статус: Offline
| Дошли руки провести этот тест. Изначально не предполагал, что у ШИМ модулятора такой высокий КПД, поэтому систему охлаждения сделал как и для передатчика: медная шина, на неё посажены транзистор и диод, а на шину прикручен компьютерный кулер. Во время тестов тепловизор вообще не фиксировал нагрев транзистора, поэтому решил убрать массивный кулер и посмотреть, что будет.
1. Размер медной шины. Толщина 4мм, ширина 5см, длина 12см. То есть, суммарная площадь охлаждения с двух сторон 120кв.см. При этом, следует учитывать, что пластина лежит горизонтально на плате, поэтому естественная конвекция очень плохая.
2. Модулятор делал для передатчика класса Е (ЕШ), у которого среднее сопротивление 30Ом. К модулятору же подключил двухкратную по мощности нагрузку в 15Ом. Две группы резисторов по 25Ом и 40Ом. А чтобы они не сгорели, опустил их в ведро с холодной водой:
3. На модуляторе сначала выставил скважность 95%, чтобы подать на резисторы максимальное питающее напряжение. Затем повышал силовое напряжение. Остановился на 90В, т.к. от резисторов шли уже такие же бульки, как и от промышленного кипятильника)). 100В побоялся подавать, т.к. даже в воде могли уже сгореть.
Сигнал на выходе модулятора до ФНЧ:
Потребление от блока питания 90В, 5.41А, почти 500Вт:
Нагрев через 20 минут теста:
P0 - 50 градусов, выходной транзистор модулятора
P1 - 88 градусов, константановый резистор 0.1Ом, тестовый токовый шунт защиты. Это, кстати подтверждение моделирования и теории, что 0.1Ом будет слишком сильно греться, и от частого приём/передача, остывание/нагрев его ножки быстро расшатают припой. 2 страница, с 28 сообщения: https://radiorubka.at.ua/forum/12-209-2
P2 - 62 градуса, это быстродействующий плавкий предохранитель на 8А для видеокарт и его панелька. Греется заметно, не нравится мне это... Брал тут: https://aliexpress.ru/item/1005004210486564.html Панелька и сам предохранитель не магнитятся, то есть железа там нет.
P3 - 40 градусов, это шунтирующие керамические конденсаторы, припаянные параллельно токовому резистору 0.1Ом, для снижения шума.
P4 - 40 градусов, альсифер дроссели ФНЧ модулятора.
В следующем сообщении продолжу.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Четверг, 2025-Янв-02, 23:22 | Сообщение # 2 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 668
Статус: Offline
| Теперь снизил скважность с 95% до 75%. То есть, выбрал примерно рабочую, усреднённую нагрузку модулятора. При этом, нагрузка всё та же, 15Ом, то есть, двухкратное превышение от рабочей.
1. Сигнал на выходе модулятора до ФНЧ:
2. Потребляемая мощность, 90В, 3.34А, 300Вт:
3. Нагрев через 20 минут тестов:
Датчики обновлял, поэтому некоторые поменялись местами.
P0 - 48 градусов, выходной транзистор модулятора
P2 - 46 градусов, быстродействующий плавкий предохранитель на 8А и его панелька, нагрев уже нормальный, хотя, всё равно не нравится, что при рабочем режиме панелька с предохранителем греются.
P3 - 41 градус, альсифер дроссели ФНЧ модулятора
P1 - 71 градус, 0.1Ом константановый резистор токового шунта
P4 - 39 градусов, керамические конденсаторы, параллельно 0.1Ом резистору.
Итог.
Для нагрузки в качестве передатчика мощностью 500Вт будет достаточно радиатора площадью 120кв.см. 50 градусов - это отлично. Даже можно меньшую площадь радиатора взять. Только, само собой для реальной работы ставить его вертикально, и чтобы рёбра были для увеличения площади.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Четверг, 2025-Янв-02, 23:43 | Сообщение # 3 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 668
Статус: Offline
| Дней через 10 приедут вот такие радиаторы https://aliexpress.ru/item/33000737756.html
Да, они из алюминия, а не меди, и тоньше в 2 раза, чем 4мм медная шина. Однако, общая площадь всех рёбер около 257кв.см, что в 2 раза выше, чем у медной пластины. Транзистор модулятора не очень быстро нагревается, поэтому, думаю такой радиатор будет охлаждать не хуже медной шины.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Четверг, 2025-Янв-09, 14:47 | Сообщение # 4 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 668
Статус: Offline
| Цитата kotrad78 (  )
Приехали. Заказывал два типа, каждый с 3 отверстиями, один 76х45, другой 76х80.
Мелкий, 76х45 (зажигалка для размера)
И такой же по ширине, но с высотой 80мм. (слева от него мелкий, 45мм высотой)
Все размеры и размеры всех отверстий совпадают с размерами, указанными на сайте.
Для модулятора на ногу затвора нужно вешать ферритовую бусину, чтобы снизить ВЧ пульсации. На обоих радиаторах посадочные места сделаны так, что при использовании ТО-247 транзисторов, радиатор не получится впритык поставить на плату, иначе ферритовая бусина не налезет:
Решений два. Или между платой и радиатором поставить латунные стойки от 6мм высотой (в зависимости от длины ферритовой бусины), либо сверлить в радиаторе отверстие и нарезать резьбу под транзистор чуть выше того отверстия, что есть. Буду делать 1 вариант.
Теперь тестирование теплоотдачи.
Моделирование ШИМ модулятора очень точное и совпадает с реальностью, поэтому нет смысла ставить пока на радиатор действующие транзистор и диод, просто неохота пока всю плату отпаивать от шасси. Сделаю это потом, когда приедет плата, разработанная под этот радиатор. Пока же - просто прикрутил через термопасту 50Вт резистор 100Ом и нагревал его до температуры, какая будет у транзистора в реальной работе.
При 1кВт нагрузке на транзисторе будет выделяться около 10Вт тепла:
При 600Вт нагрузке около 5Вт
В следующем сообщении продолжу.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Четверг, 2025-Янв-09, 14:55 | Сообщение # 5 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 668
Статус: Offline
| Как тестировал.
1. Мелкий радиатор.
Подал на резистор 31В, чтобы на нём выделялось в тепло 10Вт.
Нагрев резистора и радиатора через 20 минут:
Резистор 70 градусов, радиатор 64 градуса.
Затем снизил напряжение до 24В, чтобы сымитировать нагрев до 5-6Вт тепла
Нагрев резистора и радиатора через 20 минут:
Резистор 58 градусов, радиатор 55 градусов.
Вывод.
Мелкий радиатор подходит для пассивного охлаждения ШИМ модулятора, работающего на частоте 88кГц при 1кВт нагрузке в передатчике. При этом, нужно учитывать, что 1кВт это несущая, если вы просто выставите на ШИМ модуляторе скважность 97%. В реальной же работе, когда будет звук, музыка, нагрев естественно будет заметно меньше. Плюс ШИМ модулятор наверняка у всех будет стоять внутри корпуса, который дополнительно будет вентилироваться кулером на вытяжку.
В следующем сообщении тест большого радиатора.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Четверг, 2025-Янв-09, 15:06 | Сообщение # 6 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 668
Статус: Offline
| Большой радиатор. Тест такой же.
Сначала 10Вт тепла, нагрев через 20 минут:
Нагрев резистора 64 градуса, радиатора 57 градусов.
Теперь 6Вт, через 20 минут:
Нагрев резистора 51 градус, радиатора 46 градусов.
И, ради интереса, нагрев радиатора в разных точках:
Общий итог.
КПД у ШИМ модулятора очень высокий, поэтому, если ваш передатчик на 1кВт, для нормального охлаждения транзистора модулятора хватит и мелкого радиатора. Если же внутри корпуса позволяет место, то, лучше поставить высокий. Он снизит нагрев примерно на 5-8 градусов, по сравнению с мелким.
Частота ШИМ тоже влияет на нагрев, но, не особо сильно. Например, при тестах выше, на частоте ШИМ 88кГц и 1кВт нагрузке, выделение тепла на транзисторе около 10Вт. Если частоту ШИМ поднять до 150кГц, то нагрев увеличится до 12.5Вт
В общем, как приедет плата последнего варианта модулятора, установлю радиатор на неё и проверю уже окончательно в реальной работе нагрев транзистора.
|
| |
| |
| shwonder | Дата: Четверг, 2025-Янв-09, 17:53 | Сообщение # 7 |
 просветленный
Группа: Модераторы
Сообщений: 3300
Статус: Offline
| Цитата kotrad78 ( ) при использовании ТО-247 транзисторов, радиатор не получится впритык поставить на плату
- поднять задницу и взять сверло 2.5мм , метчик М3, шуруповерт - 10 сек
- разметить место под транзистор и накернить - 8 сек
- поставить сверло и просверлить - 15 сек
- снять сверло поставить метчик -10 сек
- нарезать резьбу - 10 сек
и ничего не надо
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Четверг, 2025-Янв-30, 00:58 | Сообщение # 8 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 668
Статус: Offline
| Всегда было интересно проверить, на какую мощность может быть передатчик, чтобы в ШИМ модуляторе с транзистором и диодом не нужно было вообще использовать радиатор.
Провёл исследование. Результаты впечатляющие и пригодятся тем, кто конструирует маломощные модуляторы и передатчики.
В качестве теста был взят ШИМ модулятор из этой темы: https://radiorubka.at.ua/forum/12-297-1
транзистор ТО-247 GC2M0080120D
диод TO-220 GC3D03060A
Частота ШИМ 100кГц, нагрузка модулятора - группа резисторов 15 Ом.
И диод и транзистор откручены от радиатора.
В модуляторе с транзистором и диодом нагрев распределяется следующим образом:
Диод - максимально греется при 50% скважности ШИМ сигнала, если скважность уменьшается или увеличивается - диод остывает.
Транзистор - максимально греется при наивысшей, 100% скважности. Если скважность уменьшать, транзистор остывает.
Для того, чтобы сымитировать реальную работу модулятора, были взяты два значения скважности. 50% - несущая, и 80% - средний уровень загрузки модулятора.
Постепенно повышал силовое напряжение, чтобы нагреть транзистор и диод до двух значений:
- около 60 градусов. Это нормальная, долговременная работа.
- около 70-80 градусов. Это пиковая, кратковременная работа.
И вот, какие получились результаты.
1.1 Силовое питание 42В, ток 0.7А, мощность 30Вт, скважность ШИМ сигнала 50%
Нагрев транзистора 50 градусов, диода 60 градусов.
1.2 Силовое питание 42В, ток 1.8А, мощность 76Вт, скважность ШИМ сигнала 80%
Нагрев транзистора 61 градус, диода 52 градуса.
Итог.
Для долговременной работы модулятора без радиатора на транзисторе и диоде, мощность передатчика может быть до 70Вт.
В следующем сообщении продолжу.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Четверг, 2025-Янв-30, 01:05 | Сообщение # 9 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 668
Статус: Offline
| 2.1 Силовое питание 55В, ток 0.94А, мощность 52Вт, скважность ШИМ сигнала 50%
Нагрев транзистора 62 градуса, диода 70 градусов.
2.2 Силовое питание 55В, ток 2.38А, мощность 131Вт, скважность ШИМ сигнала 80%
Нагрев транзистора 80 градусов, диода 62 градусов.
Итог.
Для кратковременной работы модулятора, мощность передатчика может быть до 130Вт.
Либо же, если корпус радиостанции будет принудительно вентилироваться кулером на вытяжку, 130Вт может быть долговременной мощностью.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Четверг, 2025-Янв-30, 01:13 | Сообщение # 10 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 668
Статус: Offline
| И ещё один эксперимент.
Выставил 80% скважность ШИМ сигнала и подбирал такое напряжение, чтобы получилась 100Вт мощность. Ну, для круглого числа, как говорится.
48В, 2А, 100Вт
На диод уже внимание не обращаем, интересует нагрев транзистора.
При 50% скважности 58 градусов, при 80% скважности 72 градуса.
Подводим итог.
1. Если у вас маленький, наглухо закрытый корпус всей радиостанции, без принудительной вентиляции, мощность вашего передатчика может быть до 40-50Вт, чтобы на транзистор и диод ШИМ модулятора не ставить никакой радиатор.
2. Если у вас закрытый корпус, но есть вентиляционные отверстия, и так же нет вентилятора, мощность передатчика может быть до 60-70Вт.
3. Если у вас корпус, в котором есть принудительная вытяжка вентилятором, мощность вашего передатчика может быть до 130Вт.
|
| |
| |
|
