Ayuda para calcular la disipación de calor en el paquete DIP de plástico dual en línea (DIP-8 opamp)

La pregunta es sobre la disipación máxima de calor del chip (y no sobre la eficiencia o la corrección de este diseño).

El circuito es bastante simple: coloque en paralelo 30 amplificadores operacionales duales en un paquete DIL de 8 pines (es decir, 60 amplificadores operacionales en paralelo en una configuración de ganancia unitaria) para pilotar una carga de 4 ohmios. Para cada amplificador operacional hay una resistencia de 5 ohmios (Rout) en su salida para evitar que peleen entre sí.

Vin es una onda sinusoidal de 1 KHz (alrededor de 12 V CA máx.) En teoría, 12 V CA en 4 ohmios serían 36 W a 3 A. Esta división por 60 amplificadores operacionales significa aproximadamente 600 mW a 50 mA de carga en cada amplificador operacional.

R=4ohm

Sin chip = 30

Sin amplificador operacional = 60

Rcompartido = 4 ohmios * 60 amplificadores operacionales = 240 ohmios

Ruta simple = 5ohm

RL = RScompartido + Ruta = 240 + 5 = 245ohm

Así que supongo que cada opamp se cargará como una corriente de 245 ohmios. (¿Correcto?)

Luego, necesito calcular la disipación del paquete para un paquete de plástico DIL de 8 pines:

Tj máx. = 150 °C

OJA = 130 °C/W (PAQUETE PDIP DE 8 CONDUCTORES) de la hoja de datos

El máximo actual (de la hoja de datos) para cada opamp es

ES máx. = 8,7 mA

Vs+ = 15V

Vs- = -15V

PSupply Max cada amplificador operacional = (15 + 15) * 8.7 = 261 mW

La hoja de datos dice (pág. 10): "la disipación de energía en el peor de los casos ocurre con la corriente de suministro máxima y cuando el voltaje de salida está a la mitad del voltaje de suministro (o la oscilación máxima si es menos de la mitad del voltaje de suministro)".

Para cada amplificador PDMax es:

PDMax cada uno=

= PSupply Max + (Vs+/2)^2/RL

= 261mW + 230mW = 491mW

Para chip total (amplificador operacional dual):

Chip PDMax = PDMax cada uno * 2 = 982mW

Chip TJ: Tj= TA + (PDMax * 130 °C/W) = TA + (0,982 * 130) = TA + 128°

TA Máx = Tj Máx - 128° = 150° - 128°= 22° (<< 70°C !!!)

Como mi temperatura ambiente es de 25 ° o incluso superior, cualquier disipador de calor en los chips DIP 8 no funcionaría, ¿y mi amplificador humeará de todos modos ?

¿Realmente necesito cambiar el amplificador operacional o aumentar la cantidad de amplificadores operacionales o renunciar a este proyecto?

¿Es esto correcto? ¿Son correctas todas las suposiciones anteriores? Muchas gracias.

ESTE ES EL ENLACE A LA FICHA TÉCNICA

amplificador operacional paralelo

150°C es una temperatura de unión terriblemente alta para un funcionamiento confiable, especialmente en un paquete de plástico. Más como una temperatura de almacenamiento. Enlace la hoja de datos del amplificador operacional propuesta. ¿Cuál es la temperatura ambiente máxima propuesta alrededor de la PCB?
La hoja de datos ya estaba vinculada en blu al final del mensaje. Los chips están montados en el zócalo y el aire en la caja estará alrededor de 40 (máx. 50) grados, creo. No se incluirá ningún ventilador. Gracias
Leí su declaración de apertura, pero aún así, ¿podría proporcionar la justificación de tal diseño? En particular, ¿por qué eligió ese opamp y qué problema está tratando de resolver? Esto mejorará la pregunta y la hará más útil para otras personas que naveguen por el sitio. También abrirá el camino para algunas respuestas más generales.
(7,5)^2/245 <> 57 mW
También debería estar calculando cosas en los valores RMS.
Vuelvo a editar, pero ¿cómo calcular los valores RMS?
Si su 12V pk-pk usa 12/sqrt(2) como su voltaje promedio ~8.5V. Sin embargo, no hará una gran diferencia. 6,5 ^ 2/245 = 172 mW promedio más ese horrible 261 mW = 433 mW
Eso ayuda y significa una TAmax de 37°. ¿Quizás el amplificador pueda sobrevivir con el disipador de calor a 30°C en el gabinete?
@GianlucaG Espero que tengas un buen ventilador en ese recinto o solo será un horno.
Hice una simulación en LT Spice y me da una disipación de 298 mW por amperio, es decir, 596 mW por chip... mucho más bajo que 866 mW... Espero que esto resulte más correcto que las matemáticas anteriores...
LTspice dice que la disipación de potencia máxima es de 328 mW por amplificador operacional a ~ 10 V pico = entrada de onda sinusoidal de 7,07 Vrms. Tenga en cuenta que el amplificador operacional comienza a saturarse con una entrada máxima de ~13,5 V, por lo que la salida de onda sinusoidal máxima posible es de ~9,2 Vrms (con una disipación de 287 mW por amplificador operacional).
LTspice es un poco más conservador, ya que considera una corriente típica inactiva de 6,3 mA (pág. 3 de la hoja de datos), por lo tanto, una disipación de potencia de 189 mW solo por opamp (en lugar de 261 mW máx.) sin señal de CA. Entonces, la simulación es correcta si está de acuerdo con los valores promedio/típicos. Al usar estos, más una disipación de potencia RMS de 172 mW promedio, obtendríamos 361 mW (722 mW en total), lo que significa un TAmax de 56° que parece lograrse con un disipador de calor. El proyecto parece todavía vivo, ¿no?

Respuestas (2)

El problema con esta matemática es que funciona en teoría, pero en la práctica puede estar muy mal.

Las matemáticas solo funcionan si los 60 amplificadores operacionales funcionan exactamente al unísono. Esa es una gran pregunta. Cualquier retraso en la propagación de la señal de entrada desde el primer hasta el último amplificador operacional creará una onda estacionaria de mayor corriente a través de los dispositivos. Además, las variaciones en la ganancia y la velocidad de giro de un dispositivo a otro generarán puntos calientes en su matriz. Estos efectos también agregarán distorsión a la señal de salida resultante.

Estas son las razones por las que normalmente no duplicamos (o más) los dispositivos para aumentar el impulso actual.

De acuerdo, el número de corriente de su suministro es un poco bajo (9 mA es el máximo de la hoja de datos, 8,7 mA es para +/- 5 V). Eso es 18 mW más, un par de grados C más de calefacción.

Si trabaja a la temperatura de unión máxima absoluta de 150 °C, los números funcionan para una temperatura ambiente máxima de aproximadamente 65 °C. Si su dispositivo nunca tendrá que funcionar a una temperatura (alrededor del chip) superior a esa, y si la resistencia térmica en un enchufe es de 130 °C/W, entonces está bien. TI sugiere una reducción del 5 al 10 % para las piezas encajadas, lo que lo acerca más. Habrá algún aumento debido a cualquier recinto también.

Por otro lado, si esto solo se va a usar para señales de CA, su disipación promedio será considerablemente menor. El número anterior es para el caso algo patológico de una señal de CC mantenida en el voltaje de salida exacto del peor de los casos.

Un disipador de calor no puede hacer daño (bueno, a menos que se despegue y haga un cortocircuito) y podría mantener las temperaturas de unión un poco más bajas y alejadas del límite máximo absoluto de 150°C, mejorando la confiabilidad.

Tomé 8.7mA +/-15V en la página 4 como lo hizo el proveedor en la página 10 en el ejemplo. Gracias
Excepto que @GianlucaG arruinó esta matemática = 0.261 + (7.5) ^ 2/245 = ~ 490 mW por mitad.
Oh mierda !!! Tienes razón. Y de hecho algo sonaba raro pero no me di cuenta donde. He reeditado completamente, pero ahora tengo un problema dramático ya que no veo ninguna solución. Ahora realmente necesito una ayuda adicional para resolverlo, ya que creo que el disipador no ayudará. ¿Correcto?
Ah, mierda, espera, tiene 980 mW, ¿no es así? Aavid tiene un disipador de calor deslizable reclamado 30 grados C/W para dip-8. Una de esas caras láminas anisotrópicas para un solo disipador de calor podría funcionar, pero requeriría pruebas con termopares. Se prefiere una matriz lineal, no XY, perpendicular a la convección natural.
@SpehroPefhany aún, sospecho que esto podría ser un problema XY, a menos que sea una prueba de concepto de que los amplificadores operacionales pueden ser paralelos. Le pedí al OP que diera más pistas sobre por qué está haciendo esto, pero no obtuve respuesta. La carga de 4 ohm huele a altavoz y la frecuencia de trabajo está en banda de audio. ¿Podría ser esto un intento de construir una sirena eludiendo el diseño adecuado del amplificador de potencia?
@LorenzoDonati Bueno, es su negocio (más o menos), pero sospecho que es un amplificador de audio para audiófilos extremos. Treinta chips de $ 5 por canal cabrían allí y en realidad no es una locura: mi generador de funciones Agilent usa algunos amplificadores en paralelo para la salida Z 50R. Por supuesto, una carga reactiva puede plantear otras preguntas fuera del alcance de esta.
Sí, este será mi amplificador de audio casero personal de 10 W. Pilotará un altavoz de 8 ohmios normalmente, pero la simulación de 4 ohmios es el peor de los casos. Usaré una mezcla de dos amplificadores de video diferentes que ya conozco y me gusta la musicalidad.
¿Puede sugerir si sería mejor usar treinta Aavid 580100B00000G 30C/W (uno por chip) o dos disipadores FISCHER 81/50/SA 3C/W con almohadilla térmica (uno por cada 15 chips)?
No tengo una bola de cristal en cuanto a cuál terminaría siendo mejor. El °C/W favorece el Aavid que se especifica (bajo un conjunto específico de condiciones...), pero hay muchas variables, como si los disipadores de calor están expuestos o no, su orientación, etc. Si no puede o no quiere hacer pruebas y puede exponer los disipadores de calor, es probable que Aavid sea una suposición más segura. La matriz no está tan bien acoplada térmicamente a la superficie de epoxi: el marco de plomo es donde generalmente sale el calor.
Lamento aburrirlos nuevamente, pero para calcular el efecto del disipador de calor, necesito saber cuál es el valor de la unión Rjc al caso en C/W para el DIP8 de plástico anterior. ¿Puedo suponer 40-50 C/W?
Mira paquetes similares, por ejemplo. CS2842A dice 52 K/W.
Bueno, creo que por fin llego al final. Supongamos Rjc = 52C/W. Usaré dos disipadores térmicos (100 mm * 90 mm * 17 mm) de 1,7 C/W que cubren cada 15 dispositivos (o 30 amplificadores operacionales) con almohadilla térmica (0,34 C/W). El peor de los casos según la fórmula del proveedor es disipar 980 mW por chip. Entonces: T.amb= 55°C en recinto cerrado con aire quieto T.disipador= 55°C +0.98*15*1.7 C/W= 80°C T.case= 80°C +0.98*15*0.34 C/W = 85°C T.junc= 85°C +0.98*52 C/W = 135°C = 90% T.junc max !!
Suena bien (juego de palabras).
Ayuda para calcular la disipación de calor en el paquete DIP de plástico dual en línea (DIP-8 opamp)
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 1v