LM, TDA, STK, AN, LA, TA/TB, HA ve UTC serisi ses amfi entegreleri için besleme, hoparlör empedansı, ortam sıcaklığı ve termal verilere göre gerekli soğutucu değerini yaklaşık hesaplar. Ayrıca kullanıcı tanımlı soğutucu hesabıda yapılabilir.
1) Entegre seçimi
2) Besleme ve yük
3) Termal bilgiler
4) Çıkış gücü hesabı
Hesapta kullanılan temel formül
RθSA = ((Tj max - Tambient) / Pd) - RθJC - RθCS
Burada RθSA soğutucunun hava ortamına termal direncidir. Değer küçüldükçe soğutucu büyür. Örneğin 1 °C/W soğutucu, 3 °C/W soğutucudan daha güçlüdür.
Amfi Entegresi Soğutucu Hesabı Nasıl Yapılır?
İçerik
Ses amplifikatörlerinde soğutucu hesabı, yalnızca entegre modeline veya hoparlör omajına bakılarak kesin şekilde yapılamaz. Bir amfi entegresinin ne kadar ısınacağını belirleyen asıl konu, hoparlöre verilen güçten daha çok entegre içinde ısıya dönüşen güçtür.
Bu hesaplama aracı LM3886, TDA7294, TDA2030, TDA2050, STK serileri ve benzeri entegre ses amplifikatörleri için yaklaşık soğutucu ihtiyacını hesaplamak amacıyla hazırlanmıştır.
Hesaplayıcı, kullanıcıdan besleme voltajı, hoparlör empedansı, kanal sayısı, kullanım şekli, ortam sıcaklığı, fan durumu ve termal direnç bilgilerini alır. Sonuçta gerekli soğutucu termal direncini, yaklaşık soğutucu ölçü sınıfını ve fan kullanıldığında oluşabilecek farkı gösterir.
Soğutucu Hesabında Amaç Nedir?
Amfi entegresi çalışırken elektrik enerjisinin tamamını sese çevirmez. Bir kısmı hoparlöre ses gücü olarak gider, kalan kısmı entegre üzerinde ısıya dönüşür. Bu ısı yeterince hızlı şekilde dışarı atılamazsa entegre aşırı ısınır, ses bozulabilir, korumaya geçebilir veya kalıcı hasar oluşabilir.
Soğutucu hesabının amacı, entegre iç sıcaklığını güvenli bölgede tutacak kadar düşük termal dirençli bir soğutucu seçmektir. Soğutucunun termal direnci genellikle °C/W birimiyle ifade edilir. Bu değer ne kadar küçükse soğutucu o kadar güçlüdür.
| Değer | Anlamı | Pratik yorumu |
|---|---|---|
| 5 °C/W | Küçük soğutucu | Düşük güçlü devrelerde kullanılabilir. |
| 2 °C/W | Orta sınıf soğutucu | Orta güçlü Class AB amfilerde sık görülür. |
| 1 °C/W | Büyük soğutucu | LM3886, TDA7294 gibi güçlü entegrelerde gerekebilir. |
| 0.5 °C/W ve altı | Çok büyük soğutucu | Yüksek güç, kapalı kutu veya sürekli test şartlarında gerekir. |
Hesaplayıcı Hangi Bilgileri Kullanır?
Bu araçta kullanılan bilgiler iki gruba ayrılır. Birinci grup kullanıcı tarafından girilen çalışma şartlarıdır. İkinci grup ise seçilen entegreye ait yaklaşık teknik değerlerdir.
- Entegre modeli: LM3886, TDA7294, TDA2030, STK4048 gibi hazır modeller seçilebilir.
- Besleme voltajı: Simetrik beslemede tek ray değeri girilir. Örneğin ±35 V için 35 yazılır.
- Hoparlör empedansı: 4 ohm hoparlör, 8 ohm hoparlöre göre entegreyi daha fazla zorlar.
- Kanal sayısı: Aynı kılıf içinde birden fazla kanal varsa toplam ısı artar.
- Kullanım şekli: Normal müzik kullanımı, sürekli sinüs testine göre daha düşük ortalama ısı üretir.
- Ortam sıcaklığı: Kapalı kutu içindeki sıcaklık, oda sıcaklığından daha yüksek olabilir.
- RθJC: Entegre içinden kılıfa kadar olan termal dirençtir.
- RθCS: Kılıf ile soğutucu arasındaki termal dirençtir. Mika, silikon pad veya kötü montaj bu değeri artırır.
- Fan etkisi: Fan kullanıldığında aynı soğutucu daha etkili hale gelir.
Çıkış Gücü Nasıl Tahmin Edilir?
Hesaplayıcı önce yaklaşık çıkış gücünü tahmin eder. Simetrik beslemeli Class AB bir amfide çıkış sinyalinin tepe değeri, besleme rayına tam olarak ulaşamaz. Entegre içinde bir miktar doyum ve koruma payı bırakılır. Bu nedenle hesapta besleme voltajından bir miktar düşüm çıkarılır.
Tek beslemeli devrelerde durum biraz farklıdır. Single-ended çıkışta hoparlör genellikle çıkış kondansatörü üzerinden sürülür ve sinyal orta noktaya göre salınır. BTL yani köprü çıkışlı devrelerde ise hoparlör iki çıkış arasına bağlanır ve elde edilebilecek güç daha yüksek olur.
Bu nedenle hesaplayıcı, tek besleme single-ended ve tek besleme BTL bağlantıları ayrı ayrı değerlendirir. Yine de sonuçlar teorik üst sınır değil, yaklaşık pratik değer olarak düşünülmelidir. Çünkü gerçek çıkış gücü entegre akım limiti, besleme düşümü, hoparlör empedans eğrisi ve soğutma şartlarına göre değişir.
Isıya Dönüşen Güç Nasıl Hesaplanır?
Soğutucu hesabında en önemli değer, entegre üzerinde ısıya dönüşen güçtür. Hesaplayıcı bunu çıkış gücü ve tahmini verim üzerinden yaklaşık olarak bulur.
Temel yaklaşım: Entegreye giren güç ile hoparlöre giden güç arasındaki fark ısı olarak kabul edilir. Class AB amfilerde verim orta seviyededir ve özellikle yüksek güçte ciddi ısı oluşur. Class D amfilerde verim daha yüksek olduğu için aynı çıkış gücünde daha az ısı ortaya çıkar.
| Amfi tipi | Genel ısınma davranışı | Soğutucu ihtiyacı |
|---|---|---|
| Class AB | Orta ve yüksek güçte belirgin ısınır. | Genellikle büyük soğutucu ister. |
| Class D | Verimi yüksek olduğu için daha az ısınır. | Aynı güçte daha küçük soğutucu yeterli olabilir. |
| STK hibrit modül | Modele ve orijinalliğe göre değişir. | Geniş güvenlik payı bırakmak gerekir. |
Normal müzik dinlemede ortalama güç, sinüs testine göre daha düşüktür. Bu yüzden hesaplayıcıda normal müzik, yüksek ses ve sürekli sinüs test seçenekleri ayrı tutulmuştur. Sürekli sinüs testi en zor şart kabul edilir.
Termal Direnç Formülü
Hesaplayıcının temel aldığı ana formül şöyledir:
RθSA = ((Tj hedef – Tambient) / Pd) – RθJC – RθCS
Bu formülde RθSA, gerekli soğutucu termal direncidir. Tj hedef, entegre iç sıcaklığı için kabul edilen güvenli sınırdır. Tambient ortam veya kutu içi sıcaklığıdır. Pd entegrede ısıya dönüşen güçtür. RθJC entegre içinden kılıfa kadar olan termal dirençtir. RθCS ise kılıf ile soğutucu arasındaki termal dirençtir.
| Sembol | Açıklama | Örnek |
|---|---|---|
| Tj hedef | Entegre iç sıcaklığı için hedeflenen güvenli değer | 110 °C veya 125 °C |
| Tambient | Ortam veya kutu içi sıcaklığı | 25 °C, 40 °C, 50 °C |
| Pd | Entegre üzerinde ısıya dönüşen güç | 20 W, 35 W, 60 W |
| RθJC | Junction-case termal direnci | 1 °C/W, 1.5 °C/W, 3 °C/W |
| RθCS | Kılıf-soğutucu arası termal direnç | 0.2 °C/W, 0.5 °C/W, 0.8 °C/W |
| RθSA | Gerekli soğutucu termal direnci | 1.2 °C/W veya daha düşük |
Fan Kullanımı Hesabı Nasıl Değiştirir?
Fan, soğutucunun havaya ısı verme kabiliyetini artırır. Aynı soğutucuya fan eklendiğinde etkin termal direnç düşer. Bu durumda entegre daha serin çalışır. Başka bir bakışla, fan kullanılıyorsa katalogda daha yüksek °C/W değerine sahip daha küçük bir soğutucu da kullanılabilir.
Örneğin fansız hesapta 2 °C/W veya daha iyi bir soğutucu gerekiyorsa, orta hava akışı ile daha küçük bir profil yeterli olabilir. Fakat fanın etkisi; fan debisine, kanat aralığına, hava yönüne, kasadaki hava giriş çıkış deliklerine ve tozlanmaya bağlıdır.
- Fansız kullanım: En güvenilir ve sessiz çözümdür, ancak daha büyük soğutucu ister.
- Düşük hava akışı: Küçük fan veya zayıf kasa havalandırması için yaklaşık kabul edilebilir.
- Orta hava akışı: 60 mm veya 80 mm fanla doğrudan kanatlara hava verilirse işe yarar.
- Güçlü fan: Daha küçük profil kullanılabilir, fakat gürültü ve tozlanma artabilir.
Fanlı tasarımlarda fan arızası ihtimali unutulmamalıdır. Uzun süre çalışacak bir amfi yapılacaksa, fan dursa bile entegreyi hemen tehlikeye sokmayacak kadar büyük soğutucu seçmek daha güvenlidir.
Termal Macun ve İzolatör Neden Önemlidir?
Entegre ile soğutucu arasında çıplak gözle görülmeyen hava boşlukları bulunur. Hava kötü bir ısı iletkenidir. Termal macun bu boşlukları doldurarak ısı geçişini iyileştirir. Ancak macun fazla sürülürse bu kez ısı geçişini kötüleştirebilir.
Bazı entegrelerde metal tab elektriksel olarak devrenin bir noktasına bağlıdır. Örneğin bazı güç entegrelerinde tab kısmı negatif besleme veya çıkış hattı ile ilişkili olabilir. Bu durumda soğutucu ortak kullanılacaksa mika veya silikon izolatör gerekir. İzolatör kullanıldığında RθCS değeri artar ve daha büyük soğutucu gerekebilir.
| Montaj şekli | Termal durum | Yorum |
|---|---|---|
| Direkt metal temas ve iyi macun | En iyi ısı geçişi | Elektriksel izolasyon gerekmiyorsa tercih edilir. |
| Mika ve macun | Orta seviye | İzolasyon gereken klasik çözümdür. |
| Silikon pad | Pratik ama daha yüksek dirençli | Montaj kolaydır, termal performans ürüne göre değişir. |
| Kuru veya gevşek montaj | Kötü | Entegre hızlı ısınabilir. |
LM3886, TDA7294 ve Benzeri Entegrelerde Dikkat Edilecekler
LM3886 ve TDA7294 gibi popüler Class AB entegreler, doğru beslendiğinde kaliteli ve güçlü ses verebilir. Fakat bu entegreler yüksek güçte ciddi ısı üretir. Özellikle 4 ohm hoparlör, yüksek besleme voltajı ve kapalı kutu birleşirse büyük soğutucu ihtiyacı ortaya çıkar.
LM3886 uygulamalarıyla ilgileniyorsanız LM3886TF hoparlör korumalı stereo anfi devresi sayfasındaki devre yapısı ve uygulama yaklaşımı da incelenebilir.
TDA7294 ve TDA7293 gibi güçlü entegrelerin araç tipi besleme ile kullanımı için IR2153 12V 28V DC DC konvertör TDA7294 TDA7293 yazısı faydalı olabilir.
Fan kontrolü ve sıcaklığa bağlı soğutma mantığı için de fan hızının sıcaklığa göre kontrolü yazısına bakılabilir.
Soğutucu Ölçüsü Neden Kesin Değil?
Hesaplayıcı sonuçta yaklaşık soğutucu ölçüsü verir. Fakat gerçek hayatta yalnızca en, boy ve kalınlık bilgisi yeterli değildir. Aynı ölçüde iki farklı soğutucu, kanat yapısı ve yüzey alanı farklı olduğu için çok farklı performans gösterebilir.
- Kanat sayısı fazla olan profil daha iyi soğutabilir.
- Dikey konumlandırılan kanatlar doğal hava akımı için daha uygundur.
- Kapalı kutuda hava giriş ve çıkış delikleri yoksa büyük soğutucu bile zorlanabilir.
- Siyah eloksal yüzey, doğal soğutmada küçük de olsa avantaj sağlayabilir.
- Fan kullanılacaksa kanat aralıkları hava akışına uygun olmalıdır.
Bu nedenle hesaplayıcıda verilen milimetre ölçüleri kesin katalog değeri değildir. Asıl dikkat edilmesi gereken sonuç, gerekli soğutucu termal direnci yani °C/W değeridir. Soğutucu satın alınacaksa katalogdaki termal direnç değeri bu değerden düşük veya eşit olmalıdır.
Pratik Kontrol Nasıl Yapılır?
Hesaplama doğru olsa bile ilk çalıştırmada sıcaklık kontrolü yapılmalıdır. Amfi önce düşük ses seviyesinde çalıştırılmalı, daha sonra ses seviyesi yavaş yavaş artırılmalıdır. Soğutucu sıcaklığı bir süre sonra dengeye gelir. Eğer soğutucu kısa sürede el yakacak kadar ısınıyorsa veya entegre korumaya geçiyorsa soğutma yetersizdir.
- İlk testte hoparlör yerine uygun güçlü yapay yük kullanmak daha güvenlidir.
- Termal macun çok kalın sürülmemelidir.
- Entegre vidaları eşit baskı yapacak şekilde sıkılmalıdır.
- Fanlı sistemlerde fanın hava yönü kontrol edilmelidir.
- Kapalı kutuda uzun süreli test yapılmalıdır.
Sık Yapılan Hatalar
- Yalnızca çıkış gücüne bakıp soğutucu seçmek.
- 4 ohm hoparlörün 8 ohm hoparlöre göre daha fazla ısı oluşturacağını hesaba katmamak.
- Kapalı kutu içi sıcaklığını oda sıcaklığı gibi kabul etmek.
- Termal macun kullanmamak veya fazla macun sürmek.
- İzolatör kullanılan montajda ek termal direnci hesaba katmamak.
- Fanlı hesap yapıp fan durduğunda ne olacağını düşünmemek.
- Sahte veya klon entegrelerin orijinal datasheet değerlerini taşıdığını varsaymak.
Sonuç
Amfi entegresi için soğutucu seçimi, devrenin güvenilirliği açısından en az besleme ve hoparlör seçimi kadar önemlidir. LM3886, TDA7294, TDA2030, TDA2050, STK serileri ve benzeri entegrelerde doğru soğutucu kullanılmazsa ses kalitesi düşebilir, entegre korumaya geçebilir veya arızalanabilir.
Bu hesaplama aracı, kullanıcıya gerekli soğutucu termal direncini ve yaklaşık profil sınıfını göstermek için hazırlanmıştır. Sonuçlar pratik seçim için iyi bir başlangıç noktası verir; ancak yüksek güçlü veya sürekli çalışacak projelerde datasheet değerleri, gerçek kasa sıcaklığı ve uzun süreli test mutlaka dikkate alınmalıdır.