Dissipant 1W sur un TO-220 sans dissipateur thermique?

Un TO-220 sans dissipateur thermique peut-il dissiper 1 W dans l'air calme?

Ou, une autre façon de poser la question est la suivante: en supposant une température ambiante de 25 ° C, comment puis-je calculer la puissance maximale que je peux dissiper sur un MOSFET emballé TO-220? Le MOSFET est un FDP047N10 si cela aide. Il traitera environ 12,5 A de courant continu (c.-à-d. Aucune commutation).

Je voudrais également comprendre la différence de dissipation de puissance d'un MOSFET qui est allumé en continu, par rapport à un MOSFET qui commute à 100KHz (50% de rapport cyclique ON).

Une dernière question: si je mets en parallèle deux MOSFET pour réduire la dissipation de puissance par FET, puis-je faire quelque chose pour m'assurer (ou augmenter la probabilité) que les deux fourniront des quantités égales de puissance?

Répondre à votre deuxième question:

Un MOSFET de commutation aura deux types de pertes; conduction et commutation. La perte de conduction est l'ordinaire $I_D^2 \times R_{DS(on)}$ . Si vous contrôlez le MOSFET de manière à ce qu'il fonctionne avec un rapport cyclique de 50%, la perte de conduction est de 50% de la perte CC (toujours active).

Les pertes de commutation incluent la quantité d'énergie nécessaire pour contrôler la porte et les pertes dans l'appareil lors de sa transition de l'état passant à l'état désactivé. Lorsque vous allumez un MOSFET, il y a un intervalle où commence à couler et la tension V D S est toujours à son maximum. V D S tombe lorsque le canal MOSFET sature. La puissance consommée pendant cette période est appelée perte au démarrage . De même, à l'arrêt, il y a un intervalle où V D S augmente avant que I D commence à chuter, ce qui (sans surprise) est appelé$I_D$$V_{DS}$$V_{DS}$$V_{DS}$$I_D$ perte à l'arrêt .

Vous devez tenir compte des pertes d'activation et de désactivation lorsque vous parlez d'un fonctionnement à 100 kHz. Très probablement, vous verrez moins d'énergie que la condition DC, mais vous n'économiserez pas 50%.

Répondre à votre troisième question:

Le MOSFET a un coefficient de température positif - plus il chauffe, plus le R D S ( o n ) devient élevé . Si vous connectez deux MOSFET en parallèle avec des caractéristiques similaires (c'est-à-dire le même numéro de pièce du même fabricant), les pilotez de manière identique et n'avez pas une énorme asymétrie dans votre configuration PCB, les MOSFET partageront en effet assez bien le courant. Assurez-vous toujours que chaque MOSFET a une résistance indépendante en série avec chaque porte (jamais des portes parallèles sans résistances) car les portes liées directement peuvent interagir étrangement les unes avec les autres - même quelques ohms valent mieux que rien.$R_{DS(on)}$$R_{DS(on)}$

C'est simple: faites le calcul. Regardez la fiche technique. Il devrait y avoir une spécification de résistance thermique qui vous indique la différence de degC entre la filière et l'air ambiant par Watt. Ajoutez ensuite cela à votre pire température ambiante et comparez-le à la température de matrice maximale autorisée.

Pour la plupart des transistors et des circuits intégrés, un boîtier TO-220 devient chaud à 1 W, mais reste généralement dans la plage de fonctionnement. À 1/2 WI, je ne m'en inquiéterais pas. À 1 W, je vérifierais la fiche technique et ferais le calcul, mais ce sera probablement OK.

Une ride: La fiche technique peut seulement vous dire de résister à la résistance thermique du boîtier. Vous devez ensuite ajouter la résistance thermique du boîtier à la température ambiante, qui sera beaucoup plus élevée. Heureusement, c'est principalement une fonction du boîtier TO-220, pas du transistor, vous devriez donc être en mesure de trouver un chiffre générique pour cela. De bonnes fiches techniques vous donnent les deux chiffres de résistance thermique.

Ajoutée:

Je n'avais pas suivi le lien de la fiche technique plus tôt, mais maintenant je vois que tout ce dont vous avez besoin est bien spécifié là-dedans. La résistance thermique de la filière à la température ambiante est de 62,5 C / W et la température de fonctionnement maximale de la filière est de 175 ° C. Vous avez dit que votre température ambiante était de 25 ° C. L'ajout de l'élévation de là à la filière à 1W donne 88C. C'est 87C en dessous de la température de fonctionnement maximale, donc la réponse est très clairement OUI, votre transistor ira bien à 1W dans 25C d'air libre.

Répondre à votre première question:

$\Omega$$P = I_D^2 \times R_{DS(ON)} = 12.5^2 \times 4.7m\Omega = 735mW$ . Ajoutez une sécurité supplémentaire et 1W est une bonne valeur.
Ce qu'une partie peut dissiper dépend de

1. la quantité d'énergie générée,
2. la facilité avec laquelle l'énergie peut être drainée dans l'environnement

(Le premier facteur dit "énergie", et non pas "puissance", car c'est l'énergie qui provoque l'augmentation de la température. Mais dans nos calculs, nous supposons un état stable, et pouvons tout diviser par le temps afin de pouvoir travailler avec de l'énergie au lieu de l'énergie.)

Nous connaissons la puissance, c'est 1W. La facilité avec laquelle l'énergie peut être drainée est exprimée en résistance thermique (en K / W). Cette résistance thermique est la somme de quelques résistances thermiques différentes que vous devriez (normalement) trouver dans la fiche technique: il y a la résistance de jonction au boîtier et la boîtier à la résistance ambiante . Le premier est très faible, car le transfert de chaleur se fait par conduction , tandis que le second est d'une valeur beaucoup plus élevée car ici le transfert de chaleur se fait par convection. Comme Olin le dit, ce dernier est une propriété du type de boîtier (TO-220), donc nous ne le trouverons peut-être pas dans la fiche technique. Mais nous avons de la chance, la fiche technique nous donne la résistance thermique totale, de la jonction à la température ambiante: 62,5 K / W. Cela signifie qu'à une dissipation de 1 W, la température de jonction sera supérieure de 62,5 K (ou ° C) à l'environnement. Si la température dans l'enceinte est de 25 ° C (c'est plutôt bas!), Alors la température de jonction sera de 87,5 ° C. C'est beaucoup moins que les 125 ° C qui sont souvent considérés comme une température maximale pour le silicium, donc nous sommes en sécurité. La température du boîtier sera presque la même que celle de la jonction, donc le MOSFET sera CHAUD, trop chaud au toucher.

Remarque: cette page Web répertorie la résistance thermique du boîtier à la température ambiante pour différents emballages.

En complément des autres réponses, voici un circuit équivalent avec lequel vous devriez pouvoir déterminer si votre composant peut gérer la puissance dissipée, que ce soit un TO-220 ou tout autre boîtier, avec ou sans dissipateur thermique.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Si la source de tension vous dérange lors de la résolution de la température de jonction ("tension"), vous pouvez la supprimer et travailler sur l'élévation de la température par rapport à la température ambiante (GND est maintenant la température / le potentiel ambiant).

• R1, R2 et C1 proviennent de la fiche technique des composants
• R3 provient de la fiche technique de la pâte thermique utilisée le cas échéant, ou de tableaux de résistance thermique VS pression de contact (dépend de la zone de contact) pour les matériaux en contact
• R4 et C2 proviennent de la fiche technique du dissipateur thermique, R4 devrait dépendre du débit d'air.

Généralement, "boîtier" signifie onglet s'il y en a un (le cas réel sinon), mais sinon vous devriez être capable de modifier le circuit équivalent en conséquence - il suffit de considérer les résistances comme des chemins pour la chaleur, et vous obtenez la température d'un élément de sa tension.

Pour un état stable, supposez que les condensateurs thermiques sont retirés (entièrement "chargés" / chauffés). Par exemple, sans dissipateur thermique:

Lorsque la puissance dissipée est commutée rapidement par rapport aux constantes de temps thermiques, vous devez généralement multiplier la capacité spécifique que les fabricants peuvent donner (la règle de base est 3 (Ws) / (K.kg)) avec la masse associée pour obtenir la capacités et gérer les frais RC habituels.

Notez que la température ambiante autour du composant peut être beaucoup plus élevée que la température ambiante autour de vous, si l'air ne circule pas et / ou s'il est enfermé. Pour cette raison, et parce que toutes les valeurs ne sont généralement pas très précises, soyez critique vis-à-vis de T0 et prenez au moins un facteur de sécurité ou 1,5 (comme ci-dessus) ou de préférence 2 sur T1.

Enfin, vous voudrez peut-être envisager de regarder la température de la jonction VS des tracés sur la fiche technique du composant et de changer la température maximale pour une température inférieure, car une température OK pourrait encore ruiner les performances de votre circuit. En particulier, le cycle de température réduit la durée de vie de votre composant - une règle de base est la moitié de la durée de vie pour chaque incrément de 10 ° C.

Selon la formule du wiki et la constante pour la jonction TO-220 thermique à l'air ambiant égale à 62,5 degrés par watt. Lorsque votre jonction est à 125C-70C ambiante (pire cas) /62,5 = 55 / 62,5 = 880 milliwatt.

C'est la limite pour les applications automobiles.

La réponse est donc Non. Même si vous êtes capable de maintenir la limite de 125C (aïe).

Vous demandez également si elle s'applique aux FET. C'est encore plus discutable pour les FET, car ils ont un mode d'emballement thermique, quand avec l'augmentation de la température de jonction leurs courbes électriques ont tendance à viser encore plus la dissipation de puissance. Vous ne pouvez donc pas maintenir la limite. Les FET en parallèle ne dégraderont pas l'emballement et ils équilibreront automatiquement la charge, mais de petites différences dans les appareils provoqueront une sonnerie induite par le courant d'appel des tensions de grille (vous avez de grandes pointes de courant à côté des broches à haute impédance), de sorte qu'il peut osciller et se dégrader thermiquement. (Edit: comme Madman a commenté: Lorsque vous passez à zéro, par exemple dans le redresseur synchrone, vous pouvez ignorer cet aspect).

La réponse finale est donc non et non.

Mon estimation prudente est de 880 diviser par 3 = environ 300 mW, pour garder une marge de sécurité de 200% de puissance en excès.

La résistance thermique "die to ambient" signifie montée sur un dissipateur thermique infini, ou, généralement, un circuit imprimé en cuivre carré de 1 pouce, ou un test similaire spécifié par le fabricant. Lorsque l'appareil est monté comme ça, la température "ambiante" est la température du dissipateur thermique. Si l'appareil n'est pas monté comme ça, la "température ambiante" de l'appareil sera la température de l'air chaud qui entoure l'appareil, et non les 25 ° C de l'air quelque part plus loin.

La résistivité thermique de l'air calme est d'environ 0,1 à 0,2 K / W, par mètre carré, et la surface d'un boîtier TO-220 est d'environ 300 mm2, donc une première estimation de la résistance thermique de l'environnement à l'environnement serait d'environ 500 ° C. / W. Cela correspond au type de chiffres disponibles sur Internet: TI suggère que la résistance thermique d'un carré de 1 cm à l'air due à la convection naturelle est de 1000 K / W. Conception thermique AN-2020 par Insite, pas avec le recul

Avec une température ambiante d'environ 25 ° C, une résistance thermique d'environ 500 cas à environnement, environ 50 jonction à boîtier et une température de jonction maximale de 150 ° C, la puissance admissible est de (150-25) / 550 W, ou, très grossièrement,

environ 200 mW.

david a basicley a dit que le mosfet ira bang +1. Certaines autres raisons seraient la mauvaise température positive co de la résistance qui ne fonctionne pas en votre faveur lorsque le courant de l'appareil est fixe. En fait, comme la plupart des fets, il peut facilement doubler comme il devient chaud, donc votre 1watt est maintenant de 2 watts.La capacité d'entrée élevée entraînera un gaspillage d'énergie dans la résistance de la porte interne si votre pilote de porte est rapide.Cette puissance de porte est importante et doit être prise en compte.Si vous conduisez lentement votre commutation les pertes augmenteront surtout si vous commutez difficilement, de sorte que vous ne pouvez pas ralentir beaucoup la porte.Si votre tension DS est raisonnablement élevée, l'effet Miller commence à amplifier la capacité de la porte de drain. pire encore.Si tout cela ne suffit pas, envisagez la récupération de la diode à la mise sous tension.