Articles

Tepelný únik

některé elektronické součástky vyvíjejí nižší odpory nebo nižší spouštěcí napětí (pro nelineární odpory), jak se jejich vnitřní teplota zvyšuje. Pokud podmínky obvodu v těchto situacích způsobí výrazně zvýšený průtok proudu, může zvýšený rozptyl energie zvýšit teplotu dalším zahříváním Joule. Začarovaný kruh nebo pozitivní efekt zpětné vazby tepelného útěku může způsobit selhání, někdy velkolepým způsobem (např. elektrický výbuch nebo požár). Aby se předešlo těmto rizikům, dobře navržené elektronické systémy obvykle obsahují ochranu omezující proud, jako jsou tepelné pojistky, jističe nebo omezovače proudu PTC.

pro zpracování větších proudů mohou konstruktéři obvodů paralelně připojit více zařízení s nižší kapacitou (např. tranzistory, diody nebo MOV). Tato technika může fungovat dobře, ale je náchylná k jevu zvanému current hogging, ve kterém proud není sdílen rovnoměrně napříč všemi zařízeními. Typicky může mít jedno zařízení o něco nižší odpor, a tak čerpá více proudu, zahřívá jej více než jeho sourozenecká zařízení, což způsobuje další pokles jeho odporu. Elektrická zátěž končí nálevkou do jediného zařízení, které pak rychle selže. Řada zařízení tak nemusí skončit robustnější než její nejslabší součást.

aktuální-svinský efekt může být snížena tím, že pečlivě odpovídající vlastnosti každého zařízení paralelně, nebo pomocí jiné projekční techniky bilance elektrického zatížení. Udržování rovnováhy zatížení v extrémních podmínkách však nemusí být jednoduché. Zařízení s vnitřním kladným teplotním koeficientem (PTC) elektrického odporu jsou méně náchylná k proudu, ale tepelný únik může stále nastat kvůli špatnému potopení tepla nebo jiným problémům.

mnoho elektronických obvodů obsahuje zvláštní ustanovení, která zabraňují úniku tepla. To je nejčastěji vidět v tranzistorových předpínacích uspořádáních pro výstupní stupně s vysokým výkonem. Pokud je však zařízení používáno nad jeho navrženou okolní teplotu, může v některých případech dojít k tepelnému úniku. To občas způsobuje selhání zařízení v horkém prostředí nebo při zablokování větracích otvorů pro chlazení vzduchu.

SemiconductorsEdit

Silicon ukazuje, zvláštní profil, v tom, že jeho elektrický odpor se zvyšuje se teplota až na 160 °C, pak se začne snižovat, a dále klesá, když teplota tání je dosaženo. To může vést k tepelným únikovým jevům ve vnitřních oblastech polovodičového spojení; odpor snižuje v regionech, které se stávají zahřátí nad tuto hranici, což umožňuje větší proud přes přehřátý regionů, v pořadí, což způsobuje ještě více tepla ve srovnání s okolními regiony, což vede k dalšímu zvýšení teploty a snížení odporu. To vede k fenoménu aktuální vytěsňování a tvorbě aktuálního vlákna (podobná současným svinský, ale v rámci jednoho zařízení), a je jednou z příčin mnoha polovodičových křižovatka selhání.

Bipolární plošné tranzistory (Bjt)Upravit

Svodový proud se zvyšuje výrazně v bipolární tranzistory (zejména germanium založené na bipolární tranzistory) jak se zvýšení teploty. V závislosti na konstrukci obvodu může toto zvýšení svodového proudu zvýšit proud protékající tranzistorem a tím i rozptyl energie, což způsobí další zvýšení svodového proudu kolektoru k emitoru. To je často vidět ve fázi push-pull zesilovače třídy AB. Pokud pull-up a pull-down tranzistory jsou neobjektivní mít minimální crossover zkreslení při pokojové teplotě, a ovlivnění není teplotně kompenzován, pak jak teplota stoupá oba tranzistory budou stále neobjektivní, což způsobuje proud a výkon dále zvyšovat, a nakonec zničení jednoho nebo obou zařízení.

Jedna pravidlo vyhnout tepelné uprchlý je udržet pracovního bodu BJT, takže Vce ≤ 1/2Vcc

Další praxe je namontovat tepelnou zpětnou vazbou snímací tranzistor nebo jiné zařízení na chladič, pro ovládání crossover zkreslení napětí. Jak se výstupní tranzistory zahřívají, tak i tranzistor tepelné zpětné vazby. To zase způsobuje tepelné zpětné vazby tranzistoru zapnout na mírně nižší napětí, což snižuje crossover zkreslení napětí, a tak snížit teplo rozptýlí tím, že výstupní tranzistory.

Pokud je paralelně připojeno více tranzistorů BJT (což je typické pro aplikace s vysokým proudem), může dojít k problému s proudem. Je třeba přijmout zvláštní opatření ke kontrole této charakteristické zranitelnosti BJT.

Ve výkonových tranzistorů (které účinně se skládají z mnoha malých tranzistorů paralelně), proud svinský může nastat mezi různými částmi tranzistoru sám, s jedné části tranzistor stále více horké než ostatní. To se nazývá druhé členění, a může mít za následek zničení tranzistoru, i když průměrná teplota přechodu se zdá být na bezpečné úrovni.

Power MOSFETsEdit

výkonové MOSFETy obvykle zvyšují svůj odpor při teplotě. Za určitých okolností energie rozptýlená v tomto odporu způsobuje větší zahřívání křižovatky, což dále zvyšuje teplotu spoje, v pozitivní zpětné smyčce. V důsledku toho mají výkonové MOSFETy stabilní a nestabilní oblasti provozu. Zvýšení odporu při teplotě však pomáhá vyvážit proud napříč více paralelně zapojenými MOSFETy, takže nedochází k svržení proudu. Pokud tranzistor MOSFET produkuje více tepla, než může chladič rozptýlit, může tepelný únik tranzistory stále zničit. Tento problém může být zmírněn na míru, snížením tepelného odporu mezi tranzistor zemřít a chladič. Viz také tepelný konstrukční výkon.

varistory oxidu kovu (MOV)Edit

varistory oxidu kovu obvykle vyvíjejí nižší odpor, když se zahřívají. Pokud je připojen přímo přes AC nebo DC napájení sběrnice (společné použití pro ochranu proti elektrické přechodové jevy), MOV, který vyvinula snížila vyvolat napětí může sklouznout do katastrofální thermal runaway, případně vyústit v malém požáru nebo výbuchu. Aby se této možnosti zabránilo, poruchový proud je obvykle omezen tepelnou pojistkou, jistič, nebo jiné zařízení omezující proud.

tantalové kondenzátory

tantalové kondenzátory jsou za určitých podmínek náchylné k sebezničení tepelným únikem. Kondenzátor obvykle sestává ze slinuté tantalové houby působící jako anoda, katoda oxidu manganičitého, a dielektrická vrstva oxidu tantalového vytvořená na povrchu tantalové houby eloxováním. Může se stát, že vrstva oxidu tantalu má slabá místa, které projdou dielektrika při napětí špice. Na tantal houba pak přichází do přímého kontaktu s manganu uhličitého, a zvýšený svodový proud způsobuje lokalizované topení; obvykle řídí endotermické chemické reakce, které vytváří mangan(III) oxide a regeneruje (self-léčí), oxid tantalu dielektrické vrstvy.

Nicméně, pokud je energie rozptýlena v poruše, je dost vysoká, samoudržující se exotermické reakce může začít, podobné reakce termitu, s kovový tantal jako palivo a oxid manganičitý jako oxidační činidlo. Tato nežádoucí reakce zničí kondenzátor a vytvoří kouř a případně plamen.

proto mohou být tantalové kondenzátory volně rozmístěny v obvodech s malým signálem, ale aplikace ve vysoce výkonných obvodech musí být pečlivě navržena tak, aby se zabránilo tepelným výpadkům.

digitální logicEdit

svodový proud logických spínacích tranzistorů se zvyšuje s teplotou. Ve vzácných případech to může vést k tepelnému úniku v digitálních obvodech. To není běžný problém, jelikož svodové proudy obvykle tvoří malou část z celkové spotřeby energie, takže zvýšení výkonu je poměrně skromný — pro Athlon 64, ztrátový výkon se zvyšuje asi o 10% na každých 30 stupňů Celsia. Pro zařízení s TDP 100 W, pro tepelné uprchlý nastat, chladič by měl mít tepelný odpor přes 3 K/W (kelvinů na watt), což je asi 6 krát horší než stock Athlon 64 chladič. (Skladový chladič Athlon 64 je hodnocen na 0.34 K/W, i když skutečný tepelný odpor prostředí je poněkud vyšší, vzhledem k teplotní hranice mezi procesor a chladič, zvyšující se teploty v případě, a další tepelné odpory.) Bez ohledu na to by nedostatečný chladič s tepelným odporem nad 0,5 až 1 K / W vedl ke zničení 100 W zařízení i bez tepelných únikových účinků.

BatteriesEdit

Při nesprávném, nebo pokud vyráběné vadně, některé akumulátory mohou zažít thermal runaway což vede k přehřátí. Uzavřené buňky někdy prudce explodují, pokud jsou bezpečnostní větrací otvory ohromeny nebo nefunkční. Obzvláště náchylné k tepelnému úniku jsou lithium-iontové baterie, nejvýrazněji ve formě lithium-polymerové baterie. Zprávy o explodujících mobilních telefonech se občas objevují v novinách. V roce 2006 byly baterie od společností Apple, HP, Toshiba, Lenovo, Dell a dalších výrobců notebooků staženy z důvodu požáru a výbuchů. Potrubí a Nebezpečných Materiálů Safety Administration (PHMSA) z USA. Ministerstvo dopravy zavedlo předpisy týkající se přenášení určitých typů baterií v letadlech kvůli jejich nestabilitě v určitých situacích. Tato akce byla částečně inspirována požárem nákladového prostoru v letadle UPS.Jedním z možných řešení je použití bezpečnější a méně reaktivní anoda (lithium titaničitany) a katodou (lithium železo fosfát) materiály, čímž se zabrání kobalt elektrody v mnoha lithium dobíjecí buňky — společně s nehořlavé elektrolyty na bázi iontových kapalin.