1-220 पर बिना हीट के 1 डब्ल्यू को डुबोना?

Question

क्या एक टीटी 220 बिना हीट्स के 1 डब्ल्यू में स्थिर हो सकता है?

या, सवाल पूछने का एक अलग तरीका है: 25 सी के एक परिवेश के तापमान को मानते हुए, मैं अधिकतम शक्ति की गणना करने के बारे में कैसे जा सकता हूं जो कि मैं एक TO-220 पैक किए गए MOSFET पर फैल सकता हूं? MOSFET एक FDP047N10 है अगर वह मदद करता है। यह निरंतर चालू (यानी, कोई स्विचिंग) के 12.5A के बारे में संभाल रहा होगा।

मैं एक MOSFET के बिजली अपव्यय में अंतर को भी समझना चाहूंगा जो कि लगातार चालू है, बनाम एक MOSFET जो 100KHz (50% ड्यूटी साइकिल पर) पर स्विच करता है।

एक अंतिम प्रश्न: यदि मैं FET प्रति शक्ति अपव्यय को कम करने के लिए दो MOSFET को समानांतर करता हूं, तो क्या मैं सुनिश्चित करने के लिए कुछ भी कर सकता हूं (या संभावना बढ़ाता हूं) कि दोनों समान मात्रा में बिजली की आपूर्ति करेंगे?

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मैंने भाग की डेटशीट के लिए एक लिंक जोड़ा। हम उपयोगकर्ताओं को इसके महत्व से अवगत कराने का प्रयास कर रहे हैं, विशेष रूप से कम सामान्य भागों के लिए, ताकि दूसरों को इसकी खोज में न जाना पड़े और सभी को एक ही चीज़ के बारे में बात करना सुनिश्चित हो। बस अच्छी आदतों को साधने की कोशिश कर रहा है।

— स्टीवनवह

Answer 1

आपके दूसरे प्रश्न का उत्तर:

एक स्विचिंग MOSFET के दो प्रकार के नुकसान होंगे; चालन और स्विचिंग। चालन हानि सामान्य हानि है। यदि आप MOSFET को नियंत्रित करते हैं ताकि यह 50% ड्यूटी चक्र के साथ हो, तो कंडक्शन लॉस डीसी (हमेशा-पर) नुकसान का 50% है।$I_D^2 \times R_{DS(on)}$

स्विचिंग घाटे में गेट को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा और डिवाइस में होने वाले नुकसान शामिल हैं क्योंकि यह ऑन-स्टेट से ऑफ-स्टेट में संक्रमण करता है। जब आप MOSFET चालू कर रहे होते हैं, तो एक अंतराल होता है जहां प्रवाह करना शुरू करता है और V D S वोल्टेज अभी भी अधिकतम है। V D S MOSFET चैनल के रूप में आता है। इस दौरान खायी जाने वाली शक्ति को टर्न-ऑन नुकसान कहा जाता है । इसी तरह, मोड़ पर, वहाँ एक अंतराल जहां है वी डी एस बढ़ जाता है इससे पहले कि मैं डी गिरने, जो (नहीं आश्चर्यजनक रूप से) कहा जाता है शुरू होता है मोड़ नुकसान ।$I_D$$V_{DS}$$V_{DS}$$V_{DS}$$I_D$

जब आप 100kHz ऑपरेशन के बारे में बात कर रहे हों तो आपको टर्न-ऑन और टर्न-ऑफ घाटे पर विचार करना चाहिए। सबसे अधिक संभावना है कि आप डीसी स्थिति से कम बिजली देखेंगे, लेकिन आप 50% की बचत नहीं करेंगे।

आपके तीसरे प्रश्न का उत्तर:

MOSFET में एक सकारात्मक तापमान गुणांक होता है - यह जितना गर्म होता है, उतना ही R D S ( o n ) मिलता है। यदि आप समान विशेषताओं (समान निर्माता से समान भाग संख्या) के साथ दो MOSFETs कनेक्ट करते हैं, तो उन्हें पहचान के साथ चलाएं, और अपने PCB लेआउट में भारी विषमता न रखें, MOSFETs वास्तव में वर्तमान को काफी अच्छी तरह से साझा करेंगे। हमेशा सुनिश्चित करें कि प्रत्येक MOSFET में प्रत्येक गेट के साथ श्रृंखला में एक स्वतंत्र अवरोधक होता है (प्रतिरोधों के बिना समानांतर फाटकों के रूप में) सीधे एक साथ बंधे हुए फाटक अजीब तरह से एक दूसरे के साथ बातचीत कर सकते हैं - यहां तक ​​कि कुछ ओम कुछ भी नहीं से बेहतर है।$R_{DS(on)}$$R_{DS(on)}$

Answer 2

यह सरल है: गणित करो। डेटाशीट को देखें। एक थर्मल प्रतिरोध युक्ति होनी चाहिए जो आपको बताती है कि प्रति वाट मरने और परिवेशी वायु के बीच कितने डीआरसी अंतर होगा। फिर इसे अपने सबसे खराब स्थिति परिवेश के तापमान में जोड़ें और अधिकतम अनुमत मरने के तापमान की तुलना करें।

अधिकांश ट्रांजिस्टर और IC के लिए, TO-220 का मामला 1W में गर्म हो जाएगा, लेकिन आम तौर पर ऑपरेटिंग रेंज के भीतर रहता है। 1/2 WI पर इसके बारे में चिंता नहीं करनी चाहिए। 1W में मैं डेटाशीट की जाँच करूँगा और गणना करूँगा लेकिन यह शायद ठीक होगा।

एक शिकन: डेटशीट केवल यह बता सकती है कि आप थर्मल प्रतिरोध के मामले में मर जाते हैं। फिर आपको मामले में परिवेश से थर्मल प्रतिरोध जोड़ना होगा, जो बहुत अधिक होगा। सौभाग्य से यह ज्यादातर ट्रांजिस्टर नहीं बल्कि TO-220 केस का एक फंक्शन है, इसलिए आपको इसके लिए एक सामान्य आंकड़ा खोजने में सक्षम होना चाहिए। अच्छा डेटाशीट आपको थर्मल प्रतिरोध के आंकड़े देता है।

जोड़ा गया:

मैंने पहले डेटाशीट लिंक का पालन नहीं किया था, लेकिन अब मैं देखता हूं कि आपको जो कुछ भी चाहिए वह सब कुछ अच्छी तरह से निर्दिष्ट है। मरने से परिवेश तक थर्मल प्रतिरोध 62.5 C / W है, और अधिकतम मर ऑपरेटिंग तापमान 175C है। आपने कहा कि आपका परिवेश तापमान 25C है। 1W पैदावार 88C पर वहाँ से वृद्धि को जोड़ना। यह अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान से 87C नीचे है, इसलिए इसका उत्तर बहुत स्पष्ट रूप से हाँ है, आपका ट्रांजिस्टर 25W मुक्त हवा में 1W पर ठीक होगा।

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" यह सरल है: गणित करते हैं ", क्या यहाँ किसी भी प्रश्न का उत्तर नहीं है ? :-)

— स्टीवन्वह

@ ओलिन: थर्मल प्रतिरोध रेटिंग के बारे में: BST060N10NS3 (digikey लिंक: search.digikey.com/scripts/DkSearch/… ) जैसे SMT MOSFET के लिए, केवल गर्मी पैड के माध्यम से गर्मी लंपटता के लिए दिए गए परिवेश रेटिंग के लिए जंक्शन है जो नीचे की ओर पैड के माध्यम से दिया जाता है डिवाइस? या, प्रश्न को दूसरे तरीके से रखने के लिए, यदि मैं एसएमडी मस्जिद के ऊपर एक हीटसिंक को माउंट करता हूं, तो क्या डेटाशीट में समान थर्मल प्रतिरोध डेटा द्वारा नियंत्रित थर्मल अपव्यय समीकरण हैं?

— कुछबेटर

@Something: डेटाशीट आमतौर पर इसे बाहर नहीं निकालते हैं, इसलिए मुझे इसका मतलब यह लगेगा कि जो भी सतह आपको हीट सिंक के लिए अटैच करे। मृत्यु को सुनिश्चित करने वाला यह एक्सॉक्सी उसके लिए योग्य नहीं होगा ।

— 19-28 को ओलिन लेथ्रॉप

@SomethingBetter - आपके पास बेहतर शीतलन होगा, क्योंकि हीटसिंक में एक और थर्मल प्रतिरोध जोड़ने के बावजूद, यह परिवेश के थर्मल प्रतिरोध में अंतर से बहुत छोटा होगा । याद रखें: चालन कम तापीय प्रतिरोध है, संवहन उच्च है, इसलिए यह बाद के दिन पर ध्यान देने योग्य है, और एक बड़ा हीट सिंक एक छोटे घटक पैकेज की तुलना में बहुत बेहतर करेगा।

— स्टीवनवह

@stevenh: हाँ, लेकिन अगर मैं इसकी मात्रा निर्धारित नहीं कर सकता, तो इसके लिए डिज़ाइन करना कठिन है।

— कुछबेटर

Answer 3

आपके पहले प्रश्न का उत्तर:

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

1. उत्पन्न ऊर्जा की मात्रा,
2. कितनी आसानी से ऊर्जा को पर्यावरण में डाला जा सकता है

(पहला कारक "ऊर्जा" कहता है, और "शक्ति" नहीं, क्योंकि यह ऊर्जा है जो तापमान में वृद्धि का कारण बनती है। लेकिन हमारी गणना में हम स्थिर स्थिति को मानते हैं, और हर चीज को समय से विभाजित कर सकते हैं ताकि हम ऊर्जा के बजाय शक्ति के साथ काम कर सकें।)

हम शक्ति को जानते हैं, यह 1W है। कितनी आसानी से ऊर्जा को सूखा जा सकता है थर्मल प्रतिरोध (के / डब्ल्यू में) में व्यक्त किया गया है । यह थर्मल प्रतिरोध कुछ अलग थर्मल प्रतिरोधों का योग है जिसे आप सामान्यतः डेटाशीट में पाते हैं (चाहिए): जंक्शन-टू-केस प्रतिरोध और केस-टू-एम्बिएंट प्रतिरोध है । पूर्व बहुत कम है, क्योंकि ऊष्मा का स्थानांतरण चालन के माध्यम से होता है , जबकि उत्तरार्द्ध बहुत अधिक मूल्य का होता है, क्योंकि यहाँ ऊष्मा स्थानांतरण संवहन के माध्यम से होता है। जैसे ओलिन कहता है कि उत्तरार्द्ध केस टाइप (TO-220) की एक संपत्ति है, इसलिए शायद हम उसे डेटशीट में नहीं पाएंगे। लेकिन हम किस्मत में हैं, डेटाशीट हमें कुल थर्मल प्रतिरोध, जंक्शन-से-परिवेश: 62.5 K / W देता है। इसका मतलब है कि 1W अपव्यय पर जंक्शन तापमान पर्यावरण की तुलना में 62.5 K (या ° C) अधिक होगा। यदि बाड़े में तापमान 25 ° C है (यह बल्कि कम है!), तो जंक्शन का तापमान 87.5 ° C होगा। यह 125 ° C से बहुत कम है जिसे अक्सर सिलिकॉन के लिए अधिकतम तापमान के रूप में माना जाता है, इसलिए हम सुरक्षित हैं। मामले का तापमान जंक्शन के लगभग समान होगा, इसलिए MOSFET गर्म होगा, स्पर्श करने के लिए बहुत गर्म होगा।

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नोट: यह वेब पेज विभिन्न पैकेजों के लिए केस-टू-एम्बिएंट थर्मल प्रतिरोध को सूचीबद्ध करता है।

Answer 4

अन्य उत्तरों के पूरक के रूप में, यहां एक समतुल्य सर्किट है जिसके साथ आपको यह पता लगाने में सक्षम होना चाहिए कि क्या आपका घटक विघटित शक्ति को संभाल सकता है, यह एक TO-220 या किसी अन्य पैकेज के साथ, हीट सिंक के साथ या उसके बिना हो सकता है।

^{इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध}

यदि वोल्टेज स्रोत आपको जंक्शन तापमान ("वोल्टेज") के लिए हल करते समय परेशान कर रहा है, तो आप इसे हटा सकते हैं और परिवेश के तापमान के संबंध में तापमान में वृद्धि पर काम कर सकते हैं (जीएनडी अब परिवेश का तापमान / क्षमता है)।

• R1, R2 और C1 घटक डेटाशीट से आते हैं
• R3 थर्मल पेस्ट के डेटाशीट से आता है यदि कोई हो, या चार्ट के चार्ट से संपर्क में सामग्रियों के लिए थर्मल प्रतिरोध वीएस संपर्क दबाव (संपर्क क्षेत्र पर निर्भर करता है) के
• R4 और C2 हीट सिंक डेटशीट से आते हैं, R4 को एयरफ्लो पर निर्भर होना चाहिए।

आम तौर पर, "केस" का मतलब होता है, अगर कोई एक (वास्तविक मामला अन्यथा) है, लेकिन अन्यथा आपको समकक्ष सर्किट को ट्विस्ट करने में सक्षम होना चाहिए - गर्मी के लिए पथ के रूप में प्रतिरोधों के बारे में सोचें, और आपको एक तत्व का तापमान मिलता है। इसके वोल्टेज से।

स्थिर स्थिति के लिए, मानें कि थर्मल कैपेसिटर हटा दिए गए हैं (पूरी तरह से "चार्ज" / हीट अप)। उदाहरण के लिए, बिना हीट सिंक के:

$$T_1=T_0+(R_1+R_2)P=30+62.5*1=92.5°C<\frac{150°C}{1.5}$$

जब थर्मल टाइम स्थिरांक की तुलना में विघटित शक्ति को तेजी से स्विच किया जाता है, तो आपको आमतौर पर विशिष्ट समाई को गुणा करना होगा जो निर्माता दे सकते हैं (संबंधित नियम अंगूठे की संख्या 3 (Ws) / (K.kg)) संबंधित द्रव्यमान प्राप्त करने के लिए है। क्षमता, और सामान्य आरसी शुल्क के साथ सौदा।

ध्यान दें कि घटक के चारों ओर परिवेश का तापमान आपके आसपास परिवेश के तापमान की तुलना में बहुत अधिक हो सकता है, अगर हवा प्रसारित नहीं हो रही है और / या यदि यह संलग्न है। इस कारण से, और क्योंकि सभी मान आमतौर पर बहुत सटीक नहीं होते हैं, T0 के बारे में महत्वपूर्ण हो सकते हैं और कम से कम एक सुरक्षा कारक या 1.5 (ऊपर के रूप में) या टी 1 पर अधिमानतः 2 लें।

अंत में, आप घटक डेटाशीट पर प्लॉट वीएस जंक्शन तापमान को देखने और कम एक के लिए अधिकतम तापमान को बदलने पर विचार करना चाह सकते हैं, क्योंकि ओके-ईश तापमान आपके सर्किट के प्रदर्शन को बर्बाद कर सकता है, फिर भी। विशेष रूप से, तापमान साइकिल चालन आपके घटक के जीवनकाल को कम करता है - अंगूठे का एक नियम प्रत्येक 10 ° C वेतन वृद्धि के लिए जीवनकाल आधा है।

Answer 5

विकी सूत्र के अनुसारTO-220 जंक्शन-टू-एयर थर्मल के और निरंतर के परिवेशी 62.5 डिग्री प्रति वाट के बराबर। जब आपका जंक्शन 125C-70C परिवेश (सबसे खराब स्थिति) / 62.5 = 55 / 62.5 = 880 मिलीवाट पर होता है।

ऑटोमोटिव एप्लिकेशन के लिए यह सीमा कहती है।

तो उत्तर है, भले ही आप 125C (ouch) की सीमा बनाए रखने में सक्षम हों।

आप यह भी पूछ रहे हैं कि क्या यह एफईटी पर लागू है। यह एफईटी के लिए और भी अधिक संदिग्ध है, क्योंकि उनके पास एक थर्मल भगोड़ा मोड है, जब जंक्शन तापमान की शुरुआत के साथ उनके विद्युत घटता और भी अधिक बिजली अपव्यय को लक्षित करते हैं। इसलिए आप सीमा को बनाए नहीं रख सकते। पैरेल्लिंग एफईटी भगोड़ा को नीचा नहीं करेगा और वे लोड को आत्म-संतुलन करेंगे, लेकिन उपकरणों में छोटे अंतर गेट वोल्टेज की वर्तमान प्रेरित रिंगिंग के कारण होगा (आपके पास उच्च प्रतिबाधा पिन के बगल में बड़े वर्तमान स्पाइक्स हैं), इसलिए यह थर्मली और ऑक्सिडल को थर्मल रूप से विभाजित कर सकता है। (संपादित करें: जैसा कि मैडमैन ने टिप्पणी की: जब आप शून्य-क्रॉस समय पर स्विच करते हैं, तो तुल्यकालिक रेक्टिफायर में कहें, आप इस पहलू को अनदेखा कर सकते हैं)।

तो अंतिम उत्तर है नहीं और नहीं।

मेरे रूढ़िवादी आकलन में 3 = 3 के बारे में 300 मेगावाट है, जो वाट क्षमता के 200% से अधिक के मार्जिन को सुरक्षित रखने के लिए है।

Comments

समानांतर MOSFETs पर स्विच करने की शक्ति में यह बहुत आम है, इसलिए मुझे एक बुरे विचार के बारे में अपने निष्कर्ष से असहमत होना चाहिए।

— एडम लॉरेंस

यह उस बिजली की आपूर्ति में असामान्य नहीं है जिस पर मैं काम करता हूं, समानांतर में 12-16 MOSFETs (समकालिक आयत) और 2 पीएफसी प्रीरेगुलेटर में समानांतर में। इसलिए, मैं यह सुनिश्चित करता हूं कि जब "MOSFETs" के बारे में बात करते हुए "नहीं" का आपका "अंतिम उत्तर" एक है, जिससे मुझे असहमत होना चाहिए।

— एडम लॉरेंस

धन्यवाद। मेरे तुल्यकालिक रेक्टिफायर 170kHz पर वाणिज्यिक चालक आईसीएस, एफडब्ल्यूआईडब्ल्यू के साथ काम कर रहे हैं।

— एडम लॉरेंस

यदि एक MOSFET भर में वोल्टेज तय हो जाता है, मेरा मानना ​​है कि सामान्य व्यवहार कम चालू से गुजरना होगा क्योंकि यह गर्म हो जाता है, जिससे उत्पन्न गर्मी की मात्रा कम हो जाती है। कमी डिवाइस विनाश को रोकने के लिए पर्याप्त नहीं हो सकती है, लेकिन मैं थर्मल रनवे के रूप में वोल्टेज-सीमित स्थिति में एक एमओएसएफईटी की विफलता का संबंध नहीं होगा। BJT विपरीत व्यवहार प्रदर्शित करता है, जिससे वे अधिक गर्म होते हैं। एक निश्चित वोल्टेज पर, जो बढ़ी हुई बिजली और थर्मल रनवे में तब्दील हो जाएगा। वर्तमान-सीमित अनुप्रयोगों में, MOSFETs भगोड़ा और BJT का प्रदर्शन नहीं करेगा।

— Supercat

आपका उत्तर अपने आप में असंगत है। डेटाशीट के अनुसार सेशन और अपने खुद के आंकड़ों से जुड़ा हुआ है, मरने से परिवेश तक थर्मल प्रतिरोध 63 C / W है। ओपी ने परिवेश को 25C और 1W होने के लिए विघटन निर्दिष्ट किया, जिससे मरने का तापमान 25C + 63C = 88C हो जाता है। यह 175C के अधिकतम मरने वाले ऑपरेटिंग तापमान से 87C नीचे है। यह लगभग एक और 1.4W मार्जिन का प्रतिनिधित्व करता है। मेरे लिए एक "हाँ" की तरह लगता है।

— ओलिन लेट्रोप

Answer 6

"एंबिएंट टू डाइबिएंट" थर्मल प्रतिरोध का मतलब है कि एक अनंत हीटसिंक पर चढ़ा हुआ, या, आमतौर पर, 1 इंच वर्ग तांबे का पीसीबी, या निर्माता द्वारा निर्दिष्ट कुछ समान परीक्षण। जब डिवाइस को इस तरह से माउंट किया जाता है, तो "परिवेश" तापमान गर्मी सिंक का तापमान होता है। यदि डिवाइस को इस तरह से माउंट नहीं किया गया है, तो डिवाइस के लिए "परिवेश" डिवाइस के आसपास के गर्म हवा का तापमान होगा, न कि कुछ हवा के 25C आगे कहीं दूर।

अभी भी हवा की तापीय प्रतिरोधकता 0.1 - 0.2 K / W प्रति वर्ग मीटर के आसपास है, और एक TO-220 पैकेज का क्षेत्रफल लगभग 300 मिमी 2 है, इसलिए परिवेश से पर्यावरणीय थर्मल प्रतिरोध का पहला अनुमान लगभग 500C होगा / डब्ल्यू। यह इंटरनेट पर उपलब्ध प्रकार की संख्या से सहमत है: TI का सुझाव है कि प्राकृतिक संवहन के कारण 1 सेमी वर्ग से वायु तक का थर्मल प्रतिरोध 1000 K / W है।AN-2020 थर्मल इंसाइट द्वारा थर्मल डिजाइन, न कि हिंडाइट

25C के आसपास के पर्यावरणीय तापमान के साथ, 500 केस-टू-इनवायरमेंट के आसपास थर्मल प्रतिरोध, लगभग 50 जंक्शन तक केस, और अधिकतम जंक्शन तापमान 150C, अनुमेय शक्ति (150-25) / 550 W है, या, बहुत मोटे तौर पर,

लगभग 200 mW।

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मेरे व्यावहारिक अनुभव से, 1W एक सीमा है जिसे मैं कभी-कभी TO220 के मामले में धक्का देता हूं, आमतौर पर अस्थायी काम के लिए और परीक्षणों के लिए। यह एक सीमा है जिस पर स्थिर राज्य मामले अस्थायी दृष्टिकोण 100'C; मैं इसे अंतिम उत्पादों के लिए उपयोग नहीं कर रहा हूं क्योंकि मैं व्यवहार्यता के लिए काम करना पसंद करता हूं; लेकिन परीक्षण के लिए ठीक है

— addysoftware

Answer 7

david ने कहा है कि मस्जिद धमाकेदार +1 जाएगी। कुछ अन्य कारणों में प्रतिरोध का बुरा सकारात्मक अस्थायी सह होगा, जो आपके डिवाइस के चालू होने पर आपके पक्ष में काम नहीं करता है। वास्तव में अधिकांश फेट्स की तरह यह आसानी से दोगुना हो सकता है। यह गर्म हो जाता है, इसलिए आपका 1 वाट अब 2 वाट का है। उच्च इनपुट कैपेसिटेंस आपके गेट ड्राइवर के तेज होने पर आंतरिक गेट प्रतिरोध में बिजली बर्बाद होने का कारण होगा। यह गेट पावर महत्वपूर्ण है और इसमें फैक्टर होना चाहिए। यदि आप अपना स्विच चलाते हैं। हानियाँ विशेष रूप से तब बढ़ेंगी जब आप हार्ड स्विचिंग कर रहे हों, ताकि आप गेट को धीमा कर सकें। यदि आपका डीएस वोल्टेज यथोचित रूप से अधिक है, तो ड्रेन गेट कैपेसिटेंस को मिलर इफ़ेक्ट बढ़ाना शुरू कर देता है। यह अतिरिक्त कैपेसिटेंस पहले से ही बड़े गेट सोर्स अपेरिटेंस को बनाता है। इससे भी बदतर। अगर यह सब पर्याप्त नहीं है, तो डायोड वसूली को चालू करें।