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楼主: archwang

2DW234热阻测量及恒温使用探讨

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 楼主| 发表于 2017-1-6 15:44:48 | 显示全部楼层
LDEDA 发表于 2017-1-6 11:17
嗯,明白,不过现在只是验证阶段,迟些时候用2DW232或2DW233试试,那样电流可以小些,但是我这个加热源和 ...

不要在意2DW23x那个x,很可能232~236只是随意打标而已。
最方便的测试方法是固定电流、温度,测Utotal。Utotal与最佳工作电流负相关。

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 楼主| 发表于 2017-1-6 15:49:21 | 显示全部楼层
longshort 发表于 2017-1-6 11:36
忽然想起医院里做超声波检查时涂的传导硅油,淘宝上搜索了下很多,各种粘度可选,耐温都可达到200度以上, ...

硅油很好用,我的油浴就是100mPa*s的二甲基硅油。只是元件取出来之后油乎乎的比较难堪……

另外,超声用的耦合剂是硅油么?至少我去过的给人看病的医院里用的都是增稠的水,纸巾一擦就OK了。

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发表于 2017-1-6 17:51:45 | 显示全部楼层
archwang 发表于 2017-1-6 15:49
硅油很好用,我的油浴就是100mPa*s的二甲基硅油。只是元件取出来之后油乎乎的比较难堪……

另外,超声 ...

就是这种硅油,医用的。

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发表于 2017-1-9 08:44:49 38hot手机频道 | 显示全部楼层
archwang 发表于 2017-1-6 15:44
不要在意2DW23x那个x,很可能232~236只是随意打标而已。
最方便的测试方法是固定电流、温度,测Utotal ...

你有没有测过LTZ1000正常工作状态下加热输出端的波动是多少?及波动的大概频率?我很怀疑我们都陷进了一个误区。我手上没有LTZ1000,实在是太贵了。
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发表于 2017-1-9 11:51:36 | 显示全部楼层
LTZ1000的加热电压也是迭加振荡的,振荡频率好像是kHz级别的
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发表于 2017-1-9 12:05:51 38hot手机频道 | 显示全部楼层
本帖最后由 LDEDA 于 2017-1-9 12:06 编辑
youngliu 发表于 2017-1-9 11:51
LTZ1000的加热电压也是迭加振荡的,振荡频率好像是kHz级别的

OK,非常有用的信息,谢谢,如果知道振荡幅度就更好了。
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发表于 2017-1-9 12:35:40 | 显示全部楼层
LDEDA 发表于 2017-1-9 12:05
OK,非常有用的信息,谢谢,如果知道振荡幅度就更好了。

印象中幅度在几十mV
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发表于 2017-1-9 12:48:17 38hot手机频道 | 显示全部楼层
youngliu 发表于 2017-1-9 12:35
印象中幅度在几十mV

哦,非常感谢。只要有几mV级的波动都可以证实我的想法了,没想到竟然有这么大。
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发表于 2017-1-10 17:01:32 | 显示全部楼层
不管是何种加热方式,只要是使用正偏电压作为温度控制反馈端并形成闭环的模拟电路,都避免不了热振荡,也就是加热功率除了直流还会叠加一个振荡,这是由热量产生、传导延迟决定的,无法避免。我们能做的就是优化电路使振荡最小化,但是这个热振荡在正偏电压上的表现至少也是uV级。那为什么LTZ1000却可以做到那么低的温度系数,热振荡在7V输出上也没有体现出来呢?那都是因为距离!是的,没错,就是距离!我们把2DW23x稳压管可以直接检测正偏电压由此得到Die温度看做是一种优势,事实上,正是这种优势把我带进了误区。
正确的做法其实longshort4楼那里已经说得很明白了,只是没有捅破那层窗户纸罢了。“利用加热源与管芯之间的足够距离来过滤波动”,这,就是正确的做法。用个图比较好说明白
2017-01-10-16-13-52.png
最上面就是2DW23x,下面3是额外外加的一层导热层,32之间放置一个薄膜NTC2又是一个导热层,厚度比3厚,1是加热层。NTC作为温度控制反馈。最关键的地方就是23的厚度,3的目的是拉大温度感应位置和Die之间的距离。这两个厚度设置合理的话,Die的温度波动比NTC小一个数量级以上,NTC的温度波动比加热层1小一个数量级以上,设置NTC的波动最小但又足够给控制环路反应温度变化的趋势,就可以了,这时候虽然NTC有波动,但是经过层3过滤,Die温度波动可以轻易做到小一个数量级。
3的厚度决定了DieNTC温度波动的比例,层32的厚度又共同决定了整个热振荡的频率,因为整个厚度过大,热振荡频率必然是100Hz以下的,不可能做到LTZ1000那样的kHz级别。

这样设置之后,简单来计算下,加热端,波动0.6%,这个是我目前做到的,到NTC那里,波动小一个数量级,达到0.06%,再到Die一级,则已经是0.006%了。当然,这些都还是假设,具体级间衰减还需要通过实验做出来,但是1个数量级是不成问题的。
关于NTC,不用担心灵敏度问题,薄膜型NTC在室温15度时,隔着10多厘米用嘴对着吹口气,都会引起剧烈波动,简单的电路就可以检测出来,成本比差分运放检测正偏电压低得多,当然了,NTC老化是个问题,具体我还没了解,估计DS也没有数据,只有实验过后才知道。

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发表于 2017-1-10 17:23:45 | 显示全部楼层
LDEDA 发表于 2017-1-10 17:01
不管是何种加热方式,只要是使用正偏电压作为温度控制反馈端并形成闭环的模拟电路,都避免不了热振荡,也就 ...

一个小经验是,检测温度变化用的NTC离加热源越近越好,这样被加热对象可以离开热源一段距离并被自然过滤掉绝大部分波动。

另外,如果加热源采用PTC,那么在温度稳定情况下的加热过程,每次接通的产热量很低,对Die处感觉到的波动基本上没有可观察到的影响。

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发表于 2017-1-10 19:20:55 38hot手机频道 | 显示全部楼层
longshort 发表于 2017-1-10 17:23
一个小经验是,检测温度变化用的NTC离加热源越近越好,这样被加热对象可以离开热源一段距离并被自然过滤 ...

用极限思维想一下确实是你说的那样,温度检测在Die上,是一个极限,在加热端,是另一个极限,前提是中间那段保温要好,不能有额外的热量损失。至于加热源,现在比较迷茫了。最理想的就是放大版LTZ1000的Die那样的,外围一圈圆加热,管座底部一圈温度检测,Die在管座中间。实际上,2DW232的Die并不在管座中间,Die在管座中间的2DW234零温度点设置在50度以上电流又太大。
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发表于 2017-1-15 16:38:51 38hot手机频道 | 显示全部楼层
恒流模式下,2DW232加热过了0温度点之后,2DW232两端电压由上升转为下降,但是在转为下降之后撤掉加热源,两端电压也是一直在下降的,不是应该先上升再下降的吗?好奇怪的现象,难道是我的电路有问题?电路就一个恒流源,然后测2DW232两端电压,恒流源是共地的那种。
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发表于 2017-1-22 23:23:58 | 显示全部楼层
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发表于 2017-1-25 19:52:59 | 显示全部楼层
终于赶在过年前做出了第2版可以工作的恒温2DW23x,采用PNP功率管直接加热2DW23x外壳顶部,功率管为恒流模式,温度控制采用与LTZ1000恒温差不多的电路,温度控制图如下:
原理示意图.JPG
V1为恒温功率基准,目前设定最大为3.8V,1V对应10mA,B1是2DW23x的恒流源。
目前的状况是可以恒温,恒温之后功率管的电流稳定在16mA左右,计算出来的功率大约是211mW。恒温之后A,B,D,E点电压都很稳定,A和B点都没有高频跳动,但是有超低频的10mV峰峰值波动,大约几秒才波动1mV,有时甚至十几秒都没有波动1mV,可以理解为环境温度影响所致。但是,C点却有高频跳动,约5mV峰峰值,频率约几Hz,调整R3可以让这个跳动变得更小,但是C点跳动越小,整个环路越容易失控。图中C3实际是没接的,因为哪怕是接上1nF的电容,整个A,B,C点都跳得厉害,甚至影响到了E点。
正面.jpg
电路板正面
背面.jpg
电路板背面
2DW232_1.jpg
2DW232特写1
2DW232_2.jpg
2DW232特写2
功率管,R4,R5,R6,温度检测三极管BC847直接用导热固化胶粘在了2DW232的顶部。
电路板处于上面图示状态时是不能进入正常恒温状态的,最开始没弄明白,足足折腾了3天,各种调整R2,R3,R7,C2,C3,都完全无法让电路进入锁定状态,万般无奈之下,只好这样试了一试,
加泡沫.jpg
然后整个世界都安静了,自然也就知道是怎么回事了。
目前这个电路极易受干扰,哪怕是开关日光灯都会让温度控制部分脱离锁定,振荡好长一段时间才重新稳定下来。
为什么要用PNP管做功率加热?看下图就明白了
接触等效电容.JPG
因为PNP的C极是通过导热固化胶直接粘在2DW232的外壳顶部的,但是2DW232的外壳是接了共阴极,PNP管C极和2DW232的外壳产生了一个等效电容C1,为了消除这个影响,只能用PNP。再来看看我采用的PNP的样子
底部.JPG
底部的那个Pad不管是PNP还是NPN接的都是C极。
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发表于 2017-1-25 20:13:32 | 显示全部楼层
另外说一下,PNP功率管的C极虽然是直接用导热固化胶粘在2DW232的共阴极上,但是二者之间的绝缘电阻超过30兆欧。
下面的图是之前做的第一版的电路,准备肢解了,纪念一下,
20170125_184911.jpg
电路板正面,2DW23x的位置是在那个四方插座那里,已经提前分解了。
20170125_184936.jpg
电路板背面
AD8221.jpg
差分放大AD8221,为了焊这个玩意,眼睛起码又近视了50度。
做这个第一版的时候是雄心勃勃,打算把2DW23x恒温,PWM升10V一起做了,但是后来分析发现PWM无法实现,就先做了恒温,结果恒温的方向也是错误的,却又意外的解决了PWM的根源问题,然后又开始重新规划,开始是打算先做个恒流源用于筛选2DW23x,做完后发现电路板还空了一半出来,又想把加热部分也加进去,再想一想,干脆把恒温控制也加进去吧,结果就有了上面的第2版电路,最终结果是线路乱飞一通。
下来的计划是画PCB,把第2版的电路做出来,弄稳定,同时开始PWM升压电路部分的理论论证。
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发表于 2017-1-26 06:33:38 | 显示全部楼层
加热源与Die部分没有保温,波动是必然的,轻吹一口气就会有反应。
C3多余,这无疑给反馈回路加了一个显著的延迟,控制能力不劣化才怪呢。
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发表于 2017-2-10 23:16:00 38hot手机频道 | 显示全部楼层
关于绝热的问题,我有个建议,能否使用低真空玻璃管封装2DW234以及所属电路?
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发表于 2017-2-12 09:06:27 38hot手机频道 | 显示全部楼层
没必要吧,像我的那种加热方式,电路调试好,再用泡沫包起来,Die的温度波动应该<0.01度了,你还想再减小一个数量级?
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发表于 2017-3-1 10:39:57 | 显示全部楼层
jamesking 发表于 2017-2-10 23:16
关于绝热的问题,我有个建议,能否使用低真空玻璃管封装2DW234以及所属电路?

2DW234发热量有点大,真空封装之后结温可能会不容易控制在较低温度,得不偿失
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发表于 2017-3-1 12:01:20 38hot手机频道 | 显示全部楼层
其实嘛,对于2DW23x系列而言,过于追求2DW23x自身之外的稳定性似乎意义不大,因为它自身的老化就不乐观,记得好像有人曾说过:除了噪声超低,它的老化跟LTZ1000比就是个渣。我个人理解,就老化来说应该都比不过AD586,即使是这样,我还是很乐意把它用做高精度电源的基准,便宜,超低噪声,低温漂。
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发表于 2017-3-2 16:08:59 | 显示全部楼层
LDEDA 发表于 2017-3-1 12:01
其实嘛,对于2DW23x系列而言,过于追求2DW23x自身之外的稳定性似乎意义不大,因为它自身的老化就不乐观,记 ...

上无17厂的这个2DW23X做低噪声电压源就如同OCXO做高短稳频率标准一样,虽然老化率比原子频标高很多,但它还是有它的价值。
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发表于 2021-4-1 18:23:04 | 显示全部楼层
https://www.analog.com/media/en/package-pcb-resources/package/thermal-table.pdf

ADI的这篇文档说TO-39封装TJA是150C/W更接近楼主测试值。
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