Розсіюється 1 Вт на TO-220 без радіатора?

Чи може TO-220 без радіатора розсіювати 1 Вт у нерухомому повітрі?

Або інший спосіб задати питання: якщо припустити температуру навколишнього середовища 25С, як я можу взятись до обчислення максимальної потужності, яку я можу розсіяти на пакеті MOSFET, упакованому до TO-220? MOSFET - це FDP047N10, якщо це допомагає. Він буде обробляти близько 12,5А постійного струму (тобто відсутність комутації).

Я також хотів би зрозуміти різницю в розсіюванні потужності MOSFET, який постійно ввімкнено, проти MOSFET, який перемикається на 100 кГц (50% робочий цикл увімкнено).

Останнє запитання: Якщо я паралельно встановлюю два MOSFET, щоб зменшити розсіювання потужності на FET, чи можу я щось зробити, щоб переконатися (або збільшити ймовірність), що обидва поставлять рівну кількість енергії?

Відповідаючи на ваше друге запитання:

Перемикаючий MOSFET матиме два типи втрат; проведення та комутація. Втрати на провідність - це звичайні втрати. Якщо ви керуєте MOSFET таким чином, щоб він працював з 50% робочим циклом, втрата на провідність становить 50% від постійних (завжди включених) втрат.$I_D^2 \times R_{DS(on)}$

Втрати при перемиканні включають кількість енергії, необхідної для управління затвором, і втрати в пристрої при переході від стану увімкнення до стану вимкнення. Коли ви включаєте MOSFET, є інтервал, коли починає текти, і напруга V D S все ще на максимумі. V D S падає по мірі насичення каналу MOSFET. Потужність, споживана за цей час, називається втратою від включення . Так само при відключенні є інтервал, коли V D S піднімається до того, як I D почне падати, що (не дивно) називається втратою від відключення .$I_D$$V_{DS}$$V_{DS}$$V_{DS}$$I_D$

Ви повинні врахувати втрати від включення та вимкнення, коли ви говорите про роботу 100 кГц. Швидше за все, ви побачите менше енергії, ніж стан постійного струму, але ви не заощадите 50%.

Відповідь на ваше третє запитання:

MOSFET має позитивний коефіцієнт температури - чим тепліше стає, тим вище стає R D S ( o n ) . Якщо ви підключите два MOSFET паралельно з подібними характеристиками (тобто той самий номер деталі того ж виробника), керуйте ними однаково і не маєте величезної асиметрії у вашій макеті друкованої плати, MOSFET дійсно поділять поточний досить добре. Завжди переконайтеся, що кожен MOSFET має незалежний резистор послідовно з кожними воротами (ніколи не паралельні ворота без резисторів), оскільки ворота, пов'язані безпосередньо між собою, можуть дивно взаємодіяти між собою - навіть кілька Ом краще, ніж нічого.$R_{DS(on)}$$R_{DS(on)}$

Це просто: робіть математику. Подивіться на таблицю. Повинна бути специфікація термічного опору, яка вказує, скільки градусів різниці буде між штампом і навколишнім повітрям на ватт. Потім додайте це до вашої найгіршої температури навколишнього середовища і порівняйте з максимально дозволеною температурою штампу.

Для більшості транзисторів та ІС корпус TO-220 нагрівається при 1 Вт, але, як правило, залишається в межах робочого діапазону. На 1/2 WI це не хвилюється. На 1W я перевірив таблицю даних і зробив розрахунок, але, ймовірно, це буде добре.

Одна зморшка: Лист даних може вказувати лише на те, що ви померте від термічного опору. Тоді вам доведеться додати тепловий опір від корпусу до навколишнього, який буде набагато вище. На щастя, це здебільшого функція корпусу TO-220, а не транзистора, тому ви повинні мати можливість знайти загальну цифру для цього. Хороші таблиці даних дають і показники термічного опору.

Додано:

Я раніше не переглядав посилання на аркуші, але тепер бачу, що все, що вам потрібно, добре вказано там. Тепловий опір від матриці до навколишнього середовища становить 62,5 С / Вт, а максимальна робоча температура штампу - 175 ° С. Ви сказали, що ваша температура навколишнього середовища - 25С. Якщо підняти звідти штамп на 1Вт, виходить 88С. Це на 87С нижче максимальної робочої температури, тому відповідь дуже чітко ТАК, ваш транзистор буде добре на 1 Вт у вільному повітрі 25С.

Відповідь на ваше перше запитання:

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

1. кількість виробленої енергії,
2. як легко енергія може бути відведена в навколишнє середовище

(Перший фактор говорить "енергія", а не "потужність", оскільки енергія викликає підвищення температури. Але в наших розрахунках ми припускаємо стабільний стан і можемо розділити все за часом, щоб ми могли працювати з потужністю замість енергії.)

Ми знаємо потужність, це 1Вт. Наскільки легко енергію можна злити, виражається в термічному опорі (в К / Вт). Цей тепловий опір - це сума декількох різних термічних опорів, які ви, як правило, повинні знаходити в аркуші: там є опір " до випадку" і " опір " до "навколишнього середовища" . Перший дуже низький, тому що тепловіддача відбувається за допомогою провідності , тоді як останній набагато вище значення, оскільки тут передача тепла відбувається за допомогою конвекції. Як каже Олін, остання є властивістю типу корпусу (TO-220), тому, можливо, ми не знайдемо її в аркуші даних. Але нам пощастило, таблиця дає нам загальний термічний опір, з'єднання-навколишнє: 62,5 К / Вт. Це означає, що при дисипації 1 Вт температура стику буде на 62,5 К (або ° С) вищою за навколишнє середовище. Якщо температура в корпусі становить 25 ° C (це досить низько!), То температура стику складе 87,5 ° C. Це набагато менше, ніж 125 ° C, що часто вважається максимальною температурою для кремнію, тому ми в безпеці. Температура корпусу буде майже такою ж, як і перемикання, тому MOSFET буде гарячим, занадто гарячим на дотик.

Примітка: Ця веб-сторінка перераховує термостійкість від випадку до навколишнього середовища для різних пакетів.

Як доповнення до інших відповідей, ось еквівалентна схема, з якою ви повинні мати можливість розібратися, чи може ваш компонент обробляти розсіяну потужність, будь то ТО-220 чи будь-який інший пакет, з або без тепловідводу.

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Якщо джерело напруги турбує вас при вирішенні температури переходу ("напруга"), ви можете його зняти і працювати над підвищенням температури щодо температури навколишнього середовища (зараз GND - температура навколишнього середовища / потенціал).

• R1, R2 та C1 надходять з даних компонентів
• R3 походить з аркуша теплової пасти, який використовується, якщо такий є, або з діаграм контактного тиску VS контактного тиску (залежить від зони контакту) для матеріалів, що контактують
• R4 і C2 надходять з аркуша нагрівача, R4 повинен залежати від потоку повітря.

Як правило, "випадок" означає вкладку, якщо така є (справжній випадок інакше), але в іншому випадку ви повинні мати можливість налаштувати відповідну схему відповідно - просто подумайте про резистори як про шляхи тепла, і ви отримаєте температуру елемента від його напруги.

Припустимо, що в стаціонарному режимі теплові конденсатори вилучені (повністю "заряджені" / нагріті). Наприклад, без радіатора:

Коли енергія, що розсіюється, швидко перемикається в порівнянні з постійними часовими константами, як правило, ви повинні помножити питому ємність, яку можуть дати виробники (правило великого розміру становить 3 (Вт) / (К.кг)) на відповідну масу, щоб отримати ємності та вирішувати звичні заряди RC.

Зауважте, що температура навколишнього середовища навколо компонента може бути набагато вище температури навколишнього середовища навколо вас, якщо повітря не циркулює та / або якщо він закритий. З цієї причини і тому, що всі значення, як правило, не дуже точні, будьте критичні щодо T0 і приймайте принаймні коефіцієнт безпеки або 1,5 (як вище) або бажано 2 на T1.

Нарешті, ви можете розглянути можливість перегляду діаграми VS-з'єднання ділянок на аркуші компонента та зміни максимальної температури для нижчої, оскільки температура OK-ish може все-таки погіршити продуктивність вашої схеми. Зокрема, температурний цикл скорочує термін експлуатації вашого компонента - головне правило - це половина терміну експлуатації на кожні 10 ° С приросту.

Відповідно до формули wiki та постійної для термоелемента TO-220 тепло-повітря-навколишнє середовище дорівнює 62,5 градусів на ват. Коли ваш стик знаходиться при температурі навколишнього середовища 125С-70С (найгірший випадок) /62,5 = 55 / 62,5 = 880 міліват.

Що межа кажуть для автомобільних застосувань.

Отже, відповідь - ні. Навіть якщо ви зможете підтримувати ліміт 125С (ой).

Ви також запитуєте, чи застосовується це для БНТ. Це ще більше сумнівно для FET, оскільки вони мають тепловий режим збитку, коли при підвищенні температури стику їх електричні криві мають тенденцію до більшого розсіювання потужності. Тож не можна підтримувати межу. Паралельні БНТ не погіршаться, і вони будуть самоврівноважувати навантаження, але невеликі відмінності в пристроях спричинять дзвінок напруги, що викликається струмом (у вас великі сплески струму поруч із штифтами високого опору), тому вони можуть коливатися та погіршуватися термічно. (Редагувати: як прокоментував Мадман: Коли ви перемикаєтесь на нульовий час переходу, скажімо, у синхронному випрямлячі, ви можете ігнорувати цей аспект).

Отже, остаточна відповідь - ні і ні.

Моя консервативна оцінка - 880 ділення на 3 = близько 300 мВт, щоб зберегти запас міцності на 200% перевищення потужності.

Тепловий опір "відмирати до навколишнього середовища" означає встановлений на нескінченному радіаторі або, як правило, 1 дюймовому мідному друкованому платі, або якийсь подібний тест, визначений виробником. Коли пристрій встановлено так, температура "навколишнього середовища" - це температура тепловідвідника. Якщо пристрій не змонтований таким чином, "середовищем" для пристрою буде температура гарячого повітря, що оточує пристрій, а не 25С деякого повітря десь далі.

Тепловий опір нерухомого повітря становить приблизно 0,1 - 0,2 К / Вт на квадратний метр, а площа пакету TO-220 - близько 300 мм2, тож перша здогадка при тепловому опорі навколишнього середовища - близько 500С / Ш. Це узгоджується з типом чисел, наявних в Інтернеті: TI припускає, що тепловий опір від 1 см до повітря внаслідок природної конвекції становить 1000 К / Вт. Тепловий дизайн AN-2020 від Insite, а не з огляду

При температурі навколишнього середовища близько 25 ° C, термічному опорі близько 500 від випадку до навколишнього середовища, близько 50 заходу до корпусу і максимальній температурі стику 150 ° C, допустима потужність (150-25) / 550 Вт, або, дуже приблизно,

близько 200 мВт.

Девід базікалі сказав, що MOSFET піде на удар +1. Деякі інші причини будуть противно позитивною температурою на опір, який не працює на вашу користь, коли струм пристрою виправлено. Насправді, як і більшість фатів, він може легко подвоїтися як вона стає гарячою, тому ваш 1 ват зараз становить 2 Вт. Висока вхідна ємність призведе до того, що витрачається потужність на внутрішній опір воріт, якщо драйвер вашого затвора швидкий. Ця потужність воріт є значною і повинна враховуватися. Якщо ви керуєте повільним перемиканням втрати підуть особливо, якщо ви сильно перемикаєтесь, щоб ви не могли повільно уповільнити ворота. Якщо напруга вашого DS досить висока, ефект фрезера починає посилювати ємність зливних воріт. Ця додаткова ємність додає вже велику ємність джерела воріт, що робить речі ще гірше. Якщо всього цього недостатньо, врахуйте відновлення діодів при включенні.