Soğutucu olmadan TO-220'de 1W dağıtılıyor mu?

Soğutmasız bir TO-220 sabit havada 1W dağıtabilir mi?

Veya soruyu sormanın farklı bir yolu şudur: 25 ° C ortam sıcaklığını varsayarsak, bir TO-220 paketli MOSFET üzerinde dağıtabileceğim maksimum gücü hesaplamaya nasıl devam edebilirim? Bu yardımcı olursa MOSFET bir FDP047N10'dur . Yaklaşık 12.5A sürekli akımla çalışacaktır (yani anahtarlama yok).

Ayrıca sürekli açık olan bir MOSFET'in 100KHz'de (% 50 görev döngüsü AÇIK) anahtarlanan bir MOSFET'in güç dağılımı farkını da anlamak istiyorum.

Son bir soru: FET başına güç kaybını azaltmak için iki MOSFET'e paralel olursam, her ikisinin de eşit miktarda güç sağlayacağından emin olmak (veya olasılığı artırmak) için yapabileceğim bir şey var mı?

İkinci sorunuza cevap:

Bir anahtarlama MOSFET'inin iki tür kaybı olacaktır; iletim ve anahtarlama. İletim kaybı olağan kaybıdır. MOSFET'i% 50 görev döngüsü ile açık olacak şekilde kontrol ederseniz, iletim kaybı DC (her zaman açık) kaybının% 50'sidir.$I_D^2 \times R_{DS(on)}$

Anahtarlama kayıpları, kapıyı kontrol etmek için gereken enerji miktarını ve cihazdaki durumları durumdan konum dışı duruma geçerken meydana gelen kayıpları içerir. Bir MOSFET'i açarken, akmaya başladığı ve V D S voltajının hala maksimum olduğu bir aralık vardır . V D S , MOSFET kanalı doygunlaştıkça düşer. Bu süre zarfında tüketilen güce açma kaybı denir . Benzer bir şekilde, sırayla kapalı olarak, bir aralık vardır V D S önce yükselir I D denir (doğal), düşen başlar kapatma kaybı .$I_D$$V_{DS}$$V_{DS}$$V_{DS}$$I_D$

100kHz işlemden bahsederken açılma ve kapanma kayıplarını göz önünde bulundurmalısınız. Büyük olasılıkla DC durumundan daha az güç göreceksiniz, ancak% 50 tasarruf etmeyeceksiniz.

Üçüncü sorunuza cevap verin:

MOSFET pozitif bir sıcaklık katsayısına sahiptir - daha yüksek, bu alır sıcak R D S ( O n ) alır. İki MOSFET'i benzer özelliklere paralel olarak bağlarsanız (yani aynı üreticinin aynı parça numarası), aynı şekilde sürün ve PCB mizanpajınızda büyük bir asimetri yoksa, MOSFET'ler akımı oldukça iyi bir şekilde paylaşır. Her bir MOSFET'in her bir kapıyla seri olarak bağımsız bir dirence sahip olduğundan emin olun (dirençsiz asla paralel kapılar), çünkü doğrudan birbirine bağlanan kapılar birbirleriyle garip bir şekilde etkileşime girebilir - birkaç ohm bile hiçbir şeyden daha iyidir.$R_{DS(on)}$$R_{DS(on)}$

Bu basit: matematik yapmak. Veri sayfasına bakın. Watt başına kalıp ve ortam havası arasında kaç derece sıcaklık farkı olacağını söyleyen bir termal direnç özelliği olmalıdır. Daha sonra bunu en kötü ortam sıcaklığına ekleyin ve izin verilen maksimum kalıp sıcaklığına karşılaştırın.

Çoğu transistör ve IC için, bir TO-220 kasası 1W'da ısınır, ancak genellikle çalışma aralığında kalır. 1/2 WI bu konuda endişe olmaz. 1W'de veri sayfasını kontrol eder ve hesaplamayı yaparım ama muhtemelen iyi olacaktır.

Bir kırışıklık: Veri sayfası size sadece termal dayanıma karşı öldüğünüzü söyleyebilir. Daha sonra kasadan ortama termal direnci eklemelisiniz, ki bu çok daha yüksek olacaktır. Neyse ki bu çoğunlukla transistör değil, TO-220 kasasının bir fonksiyonudur, bu nedenle bunun için genel bir rakam bulabilmeniz gerekir. İyi veri sayfaları size her iki termal direnç rakamını verir.

Katma:

Veri sayfası bağlantısını daha önce takip etmemiştim, ancak şimdi ihtiyacınız olan her şeyin burada iyi belirtildiğini görüyorum. Kalıptan çevreye olan termal direnç 62.5 C / W'dir ve maksimum kalıp çalışma sıcaklığı 175C'dir. Ortam sıcaklığının 25C olduğunu söyledin. Oradan kalıba 1W'de eklenmesi 88C verir. Bu, maksimum çalışma sıcaklığının 87C altındadır, bu nedenle cevap çok açıktır EVET, transistörünüz 25C serbest havada 1W'da iyi olacaktır.

İlk sorunuza cevap verin:

$\Omega$$P = I_D^2 \times R_{DS(ON)} = 12.5^2 \times 4.7m\Omega = 735mW$

1. üretilen enerji miktarı,
2. enerjinin çevreye ne kadar kolay akıtılabileceği

(Birinci faktör "enerji" değil, "güç" der, çünkü sıcaklık artışlarına neden olan enerjidir. Ancak hesaplamalarımızda sabit bir durum olduğunu varsayıyoruz ve her şeyi zaman yerine bölebiliriz, böylece enerji yerine güçle çalışabiliriz.)

Gücü biliyoruz, bu 1W. Enerjinin ne kadar kolay boşaltılabileceği termal dirençte (K / W cinsinden) ifade edilir . Bu termal direnç, veri sayfasında normalde bulmanız gereken (birkaç) birkaç farklı termal direncin toplamıdır: birleşme-birleşme direnci ve bir -bir-durum direnci vardır . Birincisi çok düşük, çünkü ısı transferi iletim yoluyla , ikincisi çok daha yüksek bir değer, çünkü burada ısı transferi konveksiyon yoluyla. Olin'in dediği gibi, ikincisi vaka tipinin bir özelliği (TO-220), bu yüzden belki de veri sayfasında bulamayacağız. Ama şanslıyız, veri sayfası bize toplam ısı direncini, ortam-kavşağa verir: 62,5 K / W. Bu, 1W'lık bir dağıtımda bağlantı sıcaklığının ortamdan 62.5 K (veya ° C) daha yüksek olacağı anlamına gelir. Muhafazadaki sıcaklık 25 ° C ise (bu oldukça düşük!), O zaman bağlantı sıcaklığı 87.5 ° C olacaktır. Bu genellikle silikon için maksimum sıcaklık olarak kabul edilen 125 ° C'den çok daha azdır, bu yüzden güvendeyiz. Kasa sıcaklığı neredeyse kavşakla aynı olacaktır, bu yüzden MOSFET SICAK, dokunmak için çok sıcak olacaktır.

Not: Bu web sayfası farklı paketler için ortamdan ortam sıcaklığına dayanıklılığı listeler.

Diğer cevapların bir tamamlayıcısı olarak, burada, bir TO-220 veya başka bir paket olsun, ısı emicili olsun veya olmasın, bileşeninizin harcanan gücü idare edip edemeyeceğini hesaplayabilmeniz gereken eşdeğer bir devre.

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Bağlantı sıcaklığı ("voltaj") için çözülürken voltaj kaynağı sizi rahatsız ediyorsa, ortam sıcaklığına göre sıcaklığı yükseltebilir (GND artık Ortam sıcaklığı / potansiyeli).

• R1, R2 ve C1 bileşen veri sayfasından gelir
• R3, varsa kullanılan termal macunun veri sayfasından veya temas halindeki malzemeler için termal temas VS temas basıncı (temas alanına bağlıdır) grafiklerinden gelir.
• R4 ve C2 ısı emici veri sayfasından gelir, R4 hava akışına bağlı olmalıdır.

Genel olarak, "durum" bir tane varsa sekme anlamına gelir (aksi takdirde gerçek durum), ancak aksi takdirde eşdeğer devreyi buna göre ayarlayabilmeniz gerekir - dirençleri ısı için yollar olarak düşünün ve bir elemanın sıcaklığını elde edin voltajından.

Kararlı durum için, termal kapasitörlerin çıkarıldığını (tamamen "şarj edildi" / ısındığını) varsayalım. Örneğin, soğutucu olmadan:

Dağıtılan güç, termal zaman sabitlerine kıyasla hızlı bir şekilde değiştirildiğinde, genellikle üreticilerin verebileceği belirli kapasitansı (başparmak kuralı 3 (Ws) / (K.kg)) ilgili kütle ile çarpmanız gerekir. kapasiteleri ve her zamanki RC ücretleri ile başa çıkmak.

Hava dolaşmıyorsa ve / veya kapalı ise, bileşenin çevresindeki ortam sıcaklığının çevrenizdeki ortam sıcaklığından çok daha yüksek olabileceğini unutmayın. Bu nedenle ve tüm değerler genellikle çok doğru olmadığından, T0 hakkında kritik olun ve en az bir güvenlik faktörü veya 1.5 (yukarıdaki gibi) veya tercihen T1 üzerinde 2 alın.

Son olarak, OK-ish sıcaklığı hala devrenizin performansını bozabileceğinden, bileşen veri sayfasındaki VS bağlantı sıcaklığına arazilere bakmayı ve daha düşük bir sıcaklık için maksimum sıcaklığı değiştirmeyi düşünebilirsiniz. Özellikle, sıcaklık döngüsü bileşeninizin ömrünü azaltır - temel kural, her 10 ° C'lik artışlar için ömür boyu yarılardır.

Wiki formülüne göre ve TO-220 bağlantıdan havaya termal-ortam ısısı için watt başına 62.5 dereceye eşit. Bağlantı noktanız 125C-70C ortamdayken (en kötü durum) /62.5 = 55 / 62.5 = 880 miliwatt.

Bu sınır otomotiv uygulamaları için söylüyor.

Bu yüzden cevap hayırdır. 125C (ah) sınırını koruyabilseniz bile.

Ayrıca FET'ler için geçerli olup olmadığını da soruyorsunuz. FET'ler için daha da sorgulanabilir, çünkü ısıl bir kaçak modları vardır, bağlantı sıcaklığının artmasıyla elektrik eğrileri daha fazla güç dağıtımını amaçlamaktadır. Böylece limiti koruyamazsınız. Paralel FET'ler kaçakları bozmaz ve yükü kendileri dengelerler, ancak cihazlardaki küçük farklılıklar, geçit voltajlarının ani akım kaynaklı zil sesine neden olur (yüksek empedans pimlerinin yanında büyük akım ani artışlarınız olur), bu nedenle termal olarak salınabilir ve bozulabilir. (Düzenleme: Madman'ın yorumladığı gibi: Sıfır çaprazlama zamanında geçiş yaptığınızda, örneğin senkron doğrultucuda, bu yönü göz ardı edebilirsiniz).

Yani son cevap Hayır ve Hayır.

Benim muhafazakar tahminim% 80'den fazla watt güvenlik sınırını korumak için 880 bölü 3 = yaklaşık 300 mW.

"Ortamdan ölüme" termal direnç, sonsuz bir soğutucuya veya yaygın olarak 1 inç kare bakır pcb'ye veya üretici tarafından belirtilen benzer bir teste monte edilir. Cihaz bu şekilde monte edildiğinde, "ortam" sıcaklığı ısı alıcının sıcaklığıdır. Cihaz bu şekilde monte edilmezse, cihazın "ortamı" uzaktaki bir yerdeki 25C'lik hava değil, cihazı çevreleyen sıcak havanın sıcaklığı olacaktır.

Durgun havanın termal direnci, metrekare başına 0.1 - 0.2 K / W civarındadır ve TO-220 paketinin alanı 300 mm2 civarındadır, bu nedenle ortamdan çevreye termal dirençte ilk tahmin 500C civarında olacaktır. / W. Bu, internette mevcut olan sayıları kabul eder: TI, doğal konveksiyon nedeniyle 1 cm kareden havaya olan termal direncin 1000 K / W olduğunu göstermektedir. AN-2020 Insight tarafından Termal Tasarım, Gez değil

25C çevre sıcaklığı, 500 vakadan çevreye termal direnç, kasaya yaklaşık 50 bağlantı noktası ve maksimum bağlantı sıcaklığı 150C ile izin verilen güç (150-25) / 550 W veya çok kabaca,

yaklaşık 200 mW.

david basicley dedi mosfet patlama gidecek +1. bazı diğer nedenler kötü pozitif sıcaklık ko üzerinde direnç olacak lehinize çalışmıyor cihaz sabit olduğunda. aslında çoğu fets gibi kolayca iki katına 1watt'ınız şimdi 2 watt olacak şekilde ısınıyor. Yüksek giriş kapasitansı, kapı sürücünüz hızlıysa, dahili kapı direncinde gücün boşa harcanmasına neden olacaktır.Bu kapı gücü önemlidir ve faktöre bağlı olmalıdır. Kayıplar özellikle sert anahtarlama yapıyorsanız, kapıyı çok yavaşlatamazsınız. DS voltajınız oldukça yüksekse, değirmen etkisi drenaj kapısı kapasitansını yükseltmeye başlar.Bu ekstra kapasite zaten büyük kapı kaynağı kapasitansını ekler Tüm bunlar yeterli değilse, diyot kurtarmayı açtığınızda düşünün.