Tiêu tan 1W trên TO-220 mà không cần tản nhiệt?

TO-220 mà không có tản nhiệt có thể tiêu tan 1W trong không khí?

Hoặc, một cách khác để đặt câu hỏi là: Giả sử nhiệt độ môi trường là 25C, làm thế nào tôi có thể tính toán công suất tối đa tôi có thể tiêu tan trên MOSFET đóng gói TO-220? MOSFET là FDP047N10 nếu điều đó có ích. Nó sẽ xử lý khoảng 12,5A dòng điện liên tục (nghĩa là không có chuyển mạch).

Tôi cũng muốn hiểu sự khác biệt về công suất tiêu tán của MOSFET liên tục BẬT, so với MOSFET chuyển đổi ở 100KHz (chu kỳ nhiệm vụ 50% BẬT).

Một câu hỏi cuối cùng: Nếu tôi song song hai MOSFET để giảm công suất tiêu thụ cho mỗi FET, tôi có thể làm gì để đảm bảo (hoặc tăng xác suất) rằng cả hai sẽ cung cấp lượng điện năng bằng nhau không?

Trả lời câu hỏi thứ hai của bạn:

Một MOSFET chuyển đổi sẽ có hai loại tổn thất; dẫn và chuyển mạch. Mất dẫn điện là tổn thất . Nếu bạn điều khiển MOSFET sao cho chu kỳ hoạt động 50%, tổn thất dẫn là 50% tổn thất DC (luôn luôn bật).$I_D^2 \times R_{DS(on)}$

Chuyển đổi tổn thất bao gồm lượng năng lượng cần thiết để kiểm soát cổng và tổn thất trong thiết bị khi thiết bị chuyển từ trạng thái bật sang trạng thái tắt. Khi bạn đang bật MOSFET, có một khoảng thời gian bắt đầu chảy và điện áp vẫn ở mức tối đa. rơi khi kênh MOSFET bão hòa. Năng lượng tiêu thụ trong thời gian này được gọi là mất bật . Tương tự, khi tắt, có một khoảng thời gian tăng trước khi bắt đầu giảm, điều này (không đáng ngạc nhiên) được gọi là mất mát tắt .$I_D$$V_{DS}$$V_{DS}$$V_{DS}$$I_D$

Bạn phải xem xét tổn thất bật và tắt khi bạn nói về hoạt động 100kHz. Nhiều khả năng bạn sẽ thấy ít năng lượng hơn điều kiện DC, nhưng bạn sẽ không tiết kiệm được 50%.

Trả lời câu hỏi thứ ba của bạn:

MOSFET có hệ số nhiệt độ dương - càng ấm, càng cao. Nếu bạn kết nối hai MOSFET song song với các đặc điểm tương tự (nghĩa là cùng một số phần của cùng một nhà sản xuất), hãy điều khiển chúng một cách giống hệt nhau và không có sự bất đối xứng lớn trong bố cục PCB của bạn, MOSFET thực sự sẽ chia sẻ dòng điện khá độc đáo. Luôn đảm bảo mỗi MOSFET có một điện trở độc lập nối tiếp với mỗi cổng (không bao giờ có cổng song song không có điện trở) vì các cổng được gắn trực tiếp với nhau có thể tương tác kỳ lạ với nhau - thậm chí vài ohms vẫn tốt hơn không có gì.$R_{DS(on)}$$R_{DS(on)}$

Điều này rất đơn giản: làm toán. Nhìn vào bảng dữ liệu. Cần có một thông số về khả năng chịu nhiệt cho bạn biết có bao nhiêu sự khác biệt giữa độ chết và không khí xung quanh mỗi watt. Sau đó thêm nó vào nhiệt độ môi trường xấu nhất của bạn và so sánh với nhiệt độ chết tối đa được phép.

Đối với hầu hết các bóng bán dẫn và IC, vỏ TO-220 sẽ nóng ở mức 1W, nhưng thường nằm trong phạm vi hoạt động. Ở 1/2 WI sẽ không lo lắng về điều đó. Ở 1W tôi sẽ kiểm tra bảng dữ liệu và thực hiện tính toán nhưng có lẽ sẽ ổn.

Một nếp nhăn: Bảng dữ liệu chỉ có thể cho bạn biết trường hợp kháng nhiệt. Sau đó, bạn phải thêm điện trở nhiệt từ vỏ máy vào môi trường xung quanh, sẽ cao hơn nhiều. May mắn thay, đó chủ yếu là một chức năng của vỏ TO-220, không phải là bóng bán dẫn, vì vậy bạn sẽ có thể tìm thấy một con số chung cho điều đó. Dữ liệu tốt cung cấp cho bạn cả hai con số kháng nhiệt.

Thêm:

Tôi đã không theo liên kết biểu dữ liệu trước đó, nhưng bây giờ tôi thấy rằng mọi thứ bạn cần đều được chỉ định rõ trong đó. Độ bền nhiệt từ chết đến môi trường xung quanh là 62,5 C / W và nhiệt độ hoạt động tối đa của khuôn là 175C. Bạn nói nhiệt độ môi trường của bạn là 25C. Thêm sự gia tăng từ đó đến chết ở 1W mang lại 88C. Đó là 87C dưới nhiệt độ hoạt động tối đa, vì vậy câu trả lời rất rõ ràng CÓ, bóng bán dẫn của bạn sẽ ổn ở mức 1W trong không khí tự do 25C.

Trả lời câu hỏi đầu tiên của bạn:

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

1. lượng năng lượng được tạo ra,
2. năng lượng có thể thoát ra môi trường dễ dàng như thế nào

(Yếu tố đầu tiên nói "năng lượng", chứ không phải "năng lượng", bởi vì đó là năng lượng khiến nhiệt độ tăng. Nhưng trong tính toán của chúng tôi, chúng tôi giả định trạng thái ổn định và có thể phân chia mọi thứ theo thời gian để chúng tôi có thể làm việc với năng lượng thay vì năng lượng.)

Chúng tôi biết sức mạnh, đó là 1W. Năng lượng có thể thoát ra dễ dàng như thế nào được biểu thị bằng điện trở nhiệt (tính bằng K / W). Điện trở nhiệt này là tổng của một vài điện trở nhiệt khác nhau mà bạn thường (nên) tìm thấy trong biểu dữ liệu: có điện trở tiếp giáp và điện trở trường hợp xung quanh . Cái trước rất thấp, bởi vì sự truyền nhiệt là thông qua sự dẫn nhiệt , trong khi cái sau có giá trị cao hơn nhiều bởi vì ở đây sự truyền nhiệt là thông qua sự đối lưu. Giống như Olin nói rằng cái sau là một thuộc tính của loại trường hợp (TO-220), vì vậy có lẽ chúng ta sẽ không tìm thấy nó trong biểu dữ liệu. Nhưng chúng tôi rất may mắn, bảng dữ liệu cung cấp cho chúng tôi tổng điện trở nhiệt, tiếp giáp với môi trường xung quanh: 62,5 K / W. Điều đó có nghĩa là ở mức tiêu tan 1W, nhiệt độ đường giao nhau sẽ cao hơn 62,5 K (hoặc ° C) so với môi trường. Nếu nhiệt độ trong vỏ bọc là 25 ° C (khá thấp!), Thì nhiệt độ tiếp giáp sẽ là 87,5 ° C. Đó là ít hơn nhiều so với 125 ° C thường được coi là nhiệt độ tối đa cho silicon, vì vậy chúng tôi an toàn. Nhiệt độ vỏ máy sẽ gần giống như đường giao nhau, vì vậy MOSFET sẽ HẤP DẪN, quá nóng để chạm vào.

Lưu ý: trang web này liệt kê khả năng chịu nhiệt theo từng trường hợp cho các gói khác nhau.

Để bổ sung cho các câu trả lời khác, đây là một mạch tương đương mà bạn sẽ có thể tìm ra liệu thành phần của bạn có thể xử lý công suất tiêu tán hay không, có thể là TO-220 hoặc bất kỳ gói nào khác, có hoặc không có tản nhiệt.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Nếu nguồn điện áp làm phiền bạn khi giải quyết nhiệt độ đường giao nhau ("điện áp"), bạn có thể loại bỏ nó và làm việc ở độ cao nhiệt độ liên quan đến nhiệt độ môi trường (GND hiện là nhiệt độ / điện thế xung quanh).

• R1, R2 và C1 đến từ bảng dữ liệu thành phần
• R3 xuất phát từ bảng dữ liệu của miếng dán nhiệt được sử dụng nếu có hoặc từ biểu đồ của điện trở nhiệt áp suất tiếp xúc VS (phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc) cho các vật liệu tiếp xúc
• R4 và C2 đến từ bảng dữ liệu tản nhiệt, R4 nên phụ thuộc vào luồng khí.

Nói chung, "case" có nghĩa là tab nếu có một (trường hợp thực tế khác), nhưng nếu không, bạn sẽ có thể điều chỉnh mạch tương đương cho phù hợp - chỉ cần nghĩ về các điện trở là đường dẫn nhiệt và bạn có được nhiệt độ của một phần tử từ điện áp của nó.

Đối với trạng thái ổn định, giả sử các tụ nhiệt được loại bỏ ("sạc đầy" / nóng lên). Ví dụ, không có tản nhiệt:

Khi công suất tiêu tán được chuyển đổi nhanh so với các hằng số thời gian nhiệt, bạn thường phải nhân điện dung cụ thể mà các nhà sản xuất có thể cung cấp (quy tắc ngón tay cái là 3 (Ws) / (K.kg)) với khối lượng liên kết để có được năng lực, và đối phó với phí RC thông thường.

Lưu ý rằng nhiệt độ môi trường xung quanh thành phần có thể cao hơn nhiều so với nhiệt độ môi trường xung quanh bạn, nếu không khí không được lưu thông và / hoặc nếu nó được bao quanh. Vì lý do này và vì tất cả các giá trị thường không chính xác lắm, nên rất quan trọng về T0 và lấy ít nhất một hệ số an toàn hoặc 1,5 (như trên) hoặc tốt hơn là 2 trên T1.

Cuối cùng, bạn có thể muốn xem xét việc xem xét nhiệt độ đường nối VS trên biểu dữ liệu thành phần và thay đổi nhiệt độ tối đa cho nhiệt độ thấp hơn, vì nhiệt độ OK-ish có thể làm hỏng hiệu suất mạch của bạn. Cụ thể, đạp xe nhiệt độ làm giảm tuổi thọ của thành phần của bạn - một nguyên tắc nhỏ là một nửa vòng đời cho mỗi lần tăng 10 ° C.

Theo công thức wiki và hằng số đối với nhiệt tiếp giáp TO-220 với nhiệt độ xung quanh bằng 62,5 độ mỗi watt. Khi đường giao nhau của bạn ở mức 125C-70C (trường hợp xấu nhất) / 62,5 = 55 / 62,5 = 880 milliwatt.

Đó là giới hạn nói cho các ứng dụng ô tô.

Vì vậy, câu trả lời là Không. Ngay cả khi bạn có thể duy trì giới hạn 125C (ouch).

Bạn cũng hỏi nếu nó được áp dụng cho FET. Điều thậm chí còn nghi ngờ hơn đối với các FET, bởi vì chúng có chế độ chạy trốn nhiệt, khi nhiệt độ tiếp giáp giảm, các đường cong điện của chúng có xu hướng tiêu hao nhiều năng lượng hơn. Vì vậy, bạn không thể duy trì giới hạn. Các FET song song sẽ không làm giảm sự chạy trốn và chúng sẽ tự cân bằng tải, nhưng sự khác biệt nhỏ trong các thiết bị sẽ gây ra hiện tượng rung điện áp dòng điện khởi động (bạn có các xung dòng lớn bên cạnh các chân có trở kháng cao), do đó nó có thể dao động và làm giảm nhiệt. (Chỉnh sửa: như Madman đã nhận xét: Khi bạn chuyển đổi ở thời điểm giao nhau bằng 0, hãy nói trong bộ chỉnh lưu đồng bộ, bạn có thể bỏ qua khía cạnh này).

Vì vậy, câu trả lời cuối cùng là Không và Không.

Ước tính thận trọng của tôi là 880 chia cho 3 = khoảng 300 mW, để giữ mức an toàn vượt quá 200% công suất.

Điện trở nhiệt "die to ambient" có nghĩa là được gắn trên một tản nhiệt vô hạn, hoặc, thông thường, một pcb đồng vuông 1 inch, hoặc một số thử nghiệm tương tự được chỉ định bởi nhà sản xuất. Khi thiết bị được gắn như vậy, nhiệt độ "môi trường xung quanh" là nhiệt độ của tản nhiệt. Nếu thiết bị không được gắn như vậy, "môi trường" cho thiết bị sẽ là nhiệt độ của không khí nóng bao quanh thiết bị, chứ không phải 25C của một số không khí ở đâu đó xa hơn.

Điện trở nhiệt của không khí tĩnh là khoảng 0,1 - 0,2 K / W, trên một mét vuông và diện tích của gói TO-220 là khoảng 300 mm2, do đó, dự đoán đầu tiên về khả năng chịu nhiệt của môi trường xung quanh sẽ vào khoảng 500C / W. Điều này đồng ý với loại số có sẵn trên internet: TI gợi ý rằng điện trở nhiệt từ hình vuông 1 cm đối với không khí do đối lưu tự nhiên là 1000 K / W. Thiết kế nhiệt AN-2020 tại chỗ, không phải Hindsight

Với nhiệt độ môi trường khoảng 25C, Độ bền nhiệt khoảng 500 trường hợp với môi trường, khoảng 50 điểm nối với vỏ và nhiệt độ đường nối tối đa 150C, công suất cho phép là (150-25) / 550 W, hoặc, rất đại khái,

khoảng 200 mW.

david có cơ sở nói rằng mosfet sẽ nổ +1. Một số lý do khác có thể là do nhiệt độ dương khó chịu của điện trở không hoạt động có lợi cho bạn khi dòng điện của thiết bị được cố định. nó bị nóng nên 1watt của bạn bây giờ là 2 watt. Điện dung đầu vào cao sẽ khiến năng lượng bị lãng phí trong điện trở cổng bên trong nếu trình điều khiển cổng của bạn nhanh. Công suất cổng này rất quan trọng và nên được tính đến. Nếu bạn lái chậm thì việc chuyển đổi tổn thất sẽ tăng lên đặc biệt là nếu bạn khó chuyển đổi, do đó bạn không thể làm chậm cổng lên nhiều. Nếu điện áp DS của bạn cao một cách hợp lý, hiệu ứng máy nghiền bắt đầu khuếch đại điện dung của cổng cống. Điện dung thêm này thêm vào điện dung nguồn cổng lớn đã làm cho mọi thứ thậm chí tệ hơn. Nếu tất cả điều này là không đủ xem xét phục hồi diode khi bật.