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[参考译文] OPA549:直流电机散热要求

Guru**** 2502205 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA549

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/708223/opa549-heat-sinking-requirements-with-dc-motor

器件型号:OPA549

尊敬的 Sirs:

我经常使用此功率运算放大器作为直流电机的电源(它驱动水泵)。

我简要介绍了电路(我尝试使用 webench、但遇到了一些问题、无论如何都很简单);我将使用数据表第10页中的命名规则:
非反相配置输入中有 Vin=0-5 VDC 信号(该信号来自拉直 PWM 490Hz 信号的低通滤波器)、我将以 V (+)=+29和 V (-)=-29V 为放大器加电。为了在 输出中获得(理想) 0-24VDC、 我选择 了 R2=3.9kOhm  和  R1kOhm  (第一个问题、这是不错的选择吗? 当 Vout=24V 时、我在该电阻器上计算出大约5mA 的电流)。 我还使用  Rcl=3.3kOhm 限制电流(我得到了很好的最大6.9安培)。
我必须使用29V 电源、因为这不是轨到轨运算放大器、所以 V (+)的最大偏移为5V (正确?)。

然后、我进行计算以了解运算放大器的功耗(尝试将 TI 的 SBOA022.pdf 作为参考): 我不知道负载的内部电阻会改变电压、因此为了获得功率耗散、我将电流乘以 V 输出和 V (+)之间的差值:
PD=IO*(V (+)-Vo)
我的峰值功率为39瓦(!) 当 Vo=17V 时。

现在、我似乎需要散热。 由于我的项目涉及氢气、我希望将设备保持在至少85°C 以下、并且我不想杀死任何人(和我自己)。

您能建议一些硬件还是其他东西吗? 也许对如何计算散热"功率"所需的量以及寻找哪种特性有一些解释。 我可以用风扇来冷却电子产品、我想(希望)我可以使用那些粘有热胶的铝散热片。

感谢您的帮助、我几乎不熟悉电子产品、搅拌和航天工程师的帮助

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    您好、Giorgio、

    直流电机呢? 在24V 和较低电压下、它消耗的电流是多少?

    Kai
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    尊敬的 Kai:

    它在11伏时消耗2安培、最高为5.2安培、24V。 它或多或少是线性的。
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    尊敬的 Kai:

    线性度越大或越低、我最好向您展示放大器图纸与电压的原始图片。 抱歉、它非常原始

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    很抱歉、我有点混乱

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    您好 Giorgio、

    有关电机输出电流与电机电压间的关系的信息对于确定 OPA549最坏情况下的功率耗散非常有用。 最坏情况是当 Vo 为19V、IO 为4A 时;这会导致功率耗散 PD 等于40W。 所有其他点产生的 PD 功率为30瓦到40瓦。 因此、在保持 OPA549结温(Tj)低于150°C 的情况下、散热系统必须能够耗散40瓦的功率 请记住、40瓦是如此小的封装面积所消耗的大量功率。

    OPA549数据表 PG 顶部显示的公式。 11、第2列用于确定散热器的最大热阻:

    θHA =[(TJ–TA)/PD]–θJC–θCH Ω

    应用 与该等式相关的段落中所述的实际值:

    θHA =[(125°C–25°C)/40W]–1.4°C/W–0.5°C/W

    θHA = 0.6°C/W

    遗憾     的是、这是一个非常低的热阻值、需要一个非常大且昂贵的散热器。 该应用实际上需要 一个低热阻散热器、 其中会有一个高 CFM 风扇吹过;尤其是因为您希望尝试将 OPA549的主体保持在85°C 或更低温度。 仅在散热器上、散热器/风扇组合的热阻提高了一个示例、如图所示。 本设计世界杂志的第6篇文章:

    我确实认为、如果您尝试仅使用散热器来消除散热、那么您可能很难达到85°C 的器件最高温度。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    谢谢 Thomas、非常有用、完整的回复。 TI 论坛确实有用。

    例如,您是否认为  ,由于您的经验,这种散热器(de.farnell.com/.../W 耦合可能就足够了。 我知道如果没有数字数据几乎无法回答、我只想了解更多有关"强制对流"情况的信息。

    根据我在您发布的有用文章中所阅读的内容、应该是不够的、我应该去找一个2 C/W 散热器+风扇

    我想我应该用另一种方法来为我的泵供电。   

    谢谢、

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    您好、Giorgio、

    我想说7C/W 过高。 根据我的感受、它应该低于2C/W。 并使用具有真正厚背板的散热器。 只有这样、热量才能分散在整个散热器上。 由于散热器过薄、热量被滞留在靠近芯片的位置。 只有当散热器整体变热时、您才能从其实际尺寸中获益。

    采用厚背板的散热器的另一个优势是热电容。 这有助于使芯片温度缓慢上升。

    购买散热器即可直接安装120x120mm^2风扇。

    另一种选择是使用开关模式电源来驱动直流电机。 这将导致散热更少。

    Kai
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    您好、Giorgio、

    Kai 有很好的 θHA;我同意使用热阻(m Ω)小于2°C/W 的散热器 遗憾的是、由于应用中涉及到大量物理变量、因此您的热系统开发将需要一些实验室工作。 当然、这些器件的最佳风扇尺寸和速度、散热器效率以及物理位置将需要进行一些实验、以实现有效的散热。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    大家好、
    感谢您的各种意见。 ´m 我现在才回复,但我不在办公室。
    无需使用复杂的散热器件(我现在已经了解了如何实现)、您是否可以建议使用这些升压开关稳压器之一? 我认为我应该研究这个类别( www.ti.com/.../products.html ),但我感到有点失落。 我不n´t Vout 是否与 Vin (控制电压)成正比、或者它们具有另一种控制 Vout 的方法。
    我´m 担心的另一件事是、如果我无法控制具有直流输入的器件(我可以为其提供一个 PWM->DAC 转换器)、我假设我应该使用 PWM 信号驱动开关; Arduino 提供高达980 Hz 的信号、与最小开关频率相当远。
    谢谢、
    Giorgio
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    您好、Giorgio、

    Kai 使用开关模式电源的想法是有好处的、但遗憾的是、我无法帮助您处理这些器件。 与具有 开关模式器件经验的同事交谈时、他们表示这可能需要一个具有跟踪引脚或软启动引脚的 HV 降压直流/直流开关电源、该引脚可以覆盖内部基准。

    我建议您在 TI 的 E2E 论坛上联系开关模式产品领域的专家。 我不知道确切的论坛、但我将从以下内容开始:

    如果您向我们解释您试图实现的目标、他们可能会直接帮助您或将您带到正确的论坛。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程