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방열판이없는 TO-220이 여전히 공중에서 1W를 분산시킬 수 있습니까?

또는 다른 질문은 다음과 같습니다. 주위 온도가 25C라고 가정하면 TO-220 패키지 MOSFET에서 소비 할 수있는 최대 전력을 어떻게 계산할 수 있습니까? 도움이된다면 MOSFET은 FDP047N10 입니다. 약 12.5A의 연속 전류를 처리합니다 (즉, 스위칭 없음).

또한 100KHz (50 % 듀티 사이클 ON)로 스위칭하는 MOSFET과 지속적으로 ON 인 MOSFET의 전력 소비 차이를 이해하고 싶습니다.

마지막 질문 : FET 당 전력 소비를 줄이기 위해 두 개의 MOSFET을 병렬 연결하는 경우 둘 다 동일한 양의 전력을 공급할 수있는 방법이 있습니까?

답변

두 번째 질문에 대한 답변 :

스위칭 MOSFET에는 두 가지 유형의 손실이 있습니다. 전도 및 스위칭. 전도 손실은 일반적인 손실입니다. 듀티 사이클이 50 %가되도록 MOSFET을 제어하면 전도 손실은 DC (항상 켜짐) 손실의 50 %입니다. $I_{D}^{2} \times R_{D S (o n)}$

{나는}_{디}^{2} \times {아르 자형}_{디 에스 (영형 엔)}

$I_D^2 \times R_{DS(on)}$

스위칭 손실에는 게이트를 제어하는 데 필요한 에너지 양과 장치가 온 상태에서 오프 상태로 전환 될 때의 디바이스 손실이 포함됩니다. MOSFET을 때 가 시작하고 전압이 여전히 최대 값에 도달 하는 간격 이 있습니다. MOSFET 채널이 포화됨에 따라 가 떨어집니다. 이 시간 동안 소비 된 전력을 턴온 손실 이라고 합니다 . 마찬가지로, 턴 오프시 가 떨어지기 전에 상승 하는 간격이 있는데 , 이는 놀랍지 않게 턴 오프 손실 이라고 합니다 . $I_{D}$

{나는}_{디}

$I_D$ $V_{D S}$

V_{디 에스}

$V_{DS}$ $V_{D S}$

V_{디 에스}

$V_{DS}$ $V_{D S}$

V_{D S}

$V_{DS}$ $I_{D}$

I_{D}

$I_D$

100kHz 작동에 대해 이야기 할 때는 켜기 및 끄기 손실을 고려해야합니다. DC 상태보다 전력 소비가 적을 가능성이 높지만 50 %는 절약되지 않습니다.

세 번째 질문에 대한 답변 :

MOSFET 는 양의 온도 계수를가집니다. 온도가 높을수록 가 높아 집니다. 유사한 특성 (예 : 동일한 제조업체의 동일한 부품 번호)으로 두 개의 MOSFET을 병렬로 연결하고 동일하게 구동하며 PCB 레이아웃에 큰 비대칭 성이없는 경우 MOSFET은 실제로 전류를 매우 잘 공유합니다. 직접 연결된 게이트가 서로 이상하게 상호 작용할 수 있으므로 각 MOSFET에 각 게이트와 직렬로 독립적 인 저항이 있어야합니다 (저항이없는 병렬 게이트는 절대 아님). $R_{D S (o n)}$

R_{D S (o n)}

$R_{DS(on)}$ $R_{D S (o n)}$

R_{D S (o n)}

$R_{DS(on)}$

답변

이것은 간단합니다. 수학을하십시오. 데이터 시트를보십시오. 와트 당 다이와 주변 공기 사이에 얼마나 많은 degC 차이가 있는지 알려주는 열 저항 사양이 있어야합니다. 그런 다음 최악의 경우 주변 온도에 추가하고 최대 허용 다이 온도와 비교하십시오.

대부분의 트랜지스터와 IC의 경우 TO-220 케이스는 1W에서 뜨거워 지지만 일반적으로 작동 범위 내에 있습니다. 1/2 WI에서는 걱정하지 않아도됩니다. 1W에서 데이터 시트를 확인하고 계산을 수행하지만 아마도 정상입니다.

하나의 주름 : 데이터 시트는 케이스 열 저항으로 만 죽을 수 있습니다. 그런 다음 케이스에서 주변까지 열 저항을 추가해야합니다. 다행히 트랜지스터가 아닌 TO-220의 경우가 대부분의 기능이므로 일반적인 수치를 찾을 수 있어야합니다. 우수한 데이터 시트는 열 저항 수치를 모두 제공합니다.

추가 :

나는 이전에 데이터 시트 링크를 따르지 않았지만 이제는 필요한 모든 것이 거기에 올바르게 지정되어 있음을 알았습니다. 다이에서 대기로의 열 저항은 62.5 C / W이며 최대 다이 작동 온도는 175C입니다. 주변 온도가 25C입니다. 1W에서 다이에서 상승을 추가하면 88C가 생성됩니다. 최대 작동 온도보다 87C 낮으므로 정답은 매우 분명합니다. 트랜지스터는 25C 자유 공기에서 1W로 양호합니다.

답변

첫 번째 질문에 대한 답변 :

$Ω$

Ω

$\Omega$ $P = I_{D}^{2} \times R_{D S (O N)} = {12.5}^{2} \times 4.7 m Ω = 735 m W$

피 = {나는}_{디}^{2} \times {아르 자형}_{디 에스 (영형 엔)} = {12.5}^{2} \times 4.7 미디엄 Ω = 735 미디엄 여

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

생성 된 에너지의 양
에너지를 환경으로 쉽게 배출 할 수있는 방법

(첫 번째 요소는 온도 상승을 유발하는 에너지이기 때문에 “전력”이 아니라 “에너지”라고 말합니다. 그러나 계산에서 우리는 정상 상태를 가정하고 시간을 기준으로 모든 것을 나누어 에너지 대신 전력으로 작업 할 수 있습니다.)

우리는 힘을 알고 있습니다. 그것은 1W입니다. 에너지를 얼마나 쉽게 배출 할 수 있는지는 열 저항 (K / W)으로 표시됩니다. 이 열 저항은 데이터 시트에서 일반적으로 찾아야하는 몇 가지 다른 열 저항의 합입니다. 접합부 대 저항 및 케이스 대 주변 저항이 있습니다. 전자는 열전달이 전도를 통해 이루어지기 때문에 매우 낮으며, 후자는 대류를 통해 전달되기 때문에 후자는 훨씬 더 높은 값입니다.. Olin과 마찬가지로 후자는 사례 유형 (TO-220)의 속성이므로 데이터 시트에서 찾을 수 없습니다. 그러나 운이 좋으면 데이터 시트는 접합부에서 주변부까지의 총 열 저항 : 62.5 K / W를 제공합니다. 이는 1W 소실에서 접합 온도가 환경보다 62.5K (또는 ° C) 더 높음을 의미합니다. 인클로저의 온도가 25 ° C (약간 낮음) 인 경우 접합 온도는 87.5 ° C입니다. 이는 실리콘의 최대 온도로 간주되는 125 ° C보다 훨씬 작으므로 안전합니다. 케이스 온도는 접점과 거의 같으므로 MOSFET이 뜨거워 뜨거워지지 않습니다.

참고 : 이 웹 페이지 에는 다양한 패키지에 대한 대소 문자 열 저항이 나와 있습니다.

답변

다른 답변에 대한 보완책으로, 방열판의 유무에 관계없이 구성 요소가 소산 된 전력을 TO-220 또는 기타 패키지로 처리 할 수 있는지 여부를 계산할 수있는 동등한 회로가 있습니다.

개략도

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

접합 온도를 해결할 때 전압 소스가 귀찮은 경우 ( “전압”)이를 제거하고 주변 온도와 관련하여 온도를 상승시킬 수 있습니다 (GND는 현재 주변 온도 / 잠재 성임).

R1, R2 및 C1은 구성 요소 데이터 시트에서 가져옵니다.
R3은 사용 된 열 페이스트의 데이터 시트 또는 접촉하는 재료에 대한 열 저항 vs 접촉 압력 (접촉 영역에 따라 다름) 차트에서 가져옵니다.
R4 및 C2는 방열판 데이터 시트에서 제공되며 R4는 공기 흐름에 따라 달라집니다.

일반적으로 “case”는 탭이있는 경우 탭을 의미하지만 (실제의 경우는 그렇지 않음) 등가 회로를 적절히 조정할 수 있어야합니다. 저항을 열의 경로로 생각하면 요소의 온도를 얻을 수 있습니다. 전압에서.

정상 상태의 경우 열 커패시터가 제거되었다고 가정합니다 (완전히 “충전 된”/ 가열 됨). 예를 들어 방열판이없는 경우 :

티_{1} = 티_{0} + ({아르 자형}_{1} + {아르 자형}_{2}) 피 = 30 + 62.5 ※ 1 = 92.5 ° 씨 < \frac{150 ° 씨}{1.5}

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

손실 된 전력이 열 시간 상수에 비해 빠르게 전환되는 경우 일반적으로 제조업체가 제공 할 수있는 특정 정전 용량 (엄지 규칙은 3 (Ws) / (K.kg))에 관련 질량을 곱하여 용량 및 일반적인 RC 요금을 처리합니다.

공기가 순환하지 않거나 밀폐 된 경우 구성 요소 주변 온도가 주변 온도보다 훨씬 높을 수 있습니다. 이러한 이유로, 그리고 모든 값이 일반적으로 매우 정확하지 않기 때문에, T0에 대해 중요하고 적어도 안전 계수 또는 1.5 이상 (위와 같이) 또는 바람직하게는 T1에서 2를 취한다.

마지막으로, OK-ish 온도가 여전히 회로 성능을 저하시킬 수 있으므로 구성 요소 데이터 시트에서 플롯 VS 접합 온도를보고 더 낮은 온도의 최대 온도를 변경하는 것을 고려할 수 있습니다. 특히 온도 사이클링은 구성 요소의 수명을 단축시킵니다. 일반적으로 10 ° C 간격마다 수명이 절반으로 줄어 듭니다.

답변

위키 공식 에 따르면 TO-220 정션 대 공기 열 대 와트 당 62.5 도의 상수를 나타냅니다. 접합부가 125C-70C 주변 (최악의 경우) /62.5 = 55 / 62.5 = 880 밀리 와트 인 경우.

그 한계는 자동차 애플리케이션에 적용됩니다.

따라서 대답은 아니요입니다. 125C (ouch)의 한계를 유지할 수있는 경우에도 마찬가지입니다.

또한 FET에 적용 가능한지 묻습니다. FET에는 열 폭주 모드가 있으므로 접합 온도가 낮아지면 전기 곡선이 훨씬 더 많은 전력 소비를 목표로하는 경향이 있기 때문에 FET의 경우 더욱 의심 스럽다. 따라서 한계를 유지할 수 없습니다. 병렬 FET는 런 어웨이 (runaway)를 저하시키지 않으며 부하의 자체 균형을 유지하지만 디바이스의 작은 차이로 인해 게이트 전압의 돌입 전류 유도 링잉 (고 임피던스 핀 옆에 큰 전류 스파이크가 있음)이 발생하므로 열적으로 발진 및 열화 될 수 있습니다. (편집 : Madman이 언급 한 것처럼 : 동기 정류기에서와 같이 0 교차 시간으로 전환하면이 측면을 무시할 수 있습니다).

최종 답변은 아니오와 아니오입니다.

내 보수적 인 추정치는 880을 3 = 약 300mW로 나누면 200 % 초과 와트의 안전 마진을 유지할 수 있습니다.

답변

"대기 다이에 대한"열 저항은 무한 히트 싱크 또는 일반적으로 1 인치 사각형 구리 PCB 또는 제조업체가 지정한 유사한 테스트에 장착 된 것을 의미합니다. 장치가 이와 같이 장착 된 경우 "주변 온도"는 방열판의 온도입니다. 장치가 이와 같이 장착되지 않은 경우 장치의 "주변 온도"는 장치 어딘가의 25C가 아니라 장치를 둘러싼 열기의 온도가됩니다.

정지 공기의 열 저항은 평방 미터당 약 0.1-0.2 K / W이며 TO-220 패키지의 면적은 약 300 mm2이므로 주변 환경 열 저항의 첫 번째 추측은 약 500C입니다. / W. 인터넷에서 사용할 수있는 숫자와 일치합니다. TI는 자연 대류로 인해 1cm 정사각형에서 공기까지의 열 저항이 1000K / W임을 제안합니다. Hinssight가 아닌 Insite의 AN-2020 열 설계

주변 온도가 약 25 ° C, 주변 온도가 약 500 ° C, 주변 온도가 약 50 ° C, 최대 접합 온도가 150 ° C 인 경우 허용 전력은 (150-25) / 550W 또는 매우 대략

약 200mW

답변

데이비드 베이직 리는이 MOSFET이 +1이 될 것이라고 말했다. 다른 이유는 저항에 대한 불쾌한 긍정적 인 온도 co가 장치 전류가 고정 되어도 당신에게 유리하게 작용하지 않을 것이라고 말했다. 게이트 드라이버가 빠르면 높은 입력 커패시턴스로 인해 내부 게이트 저항에 전력이 낭비 될 수 있습니다.이 게이트 전력은 중요하며 고려되어야합니다. DS 스위치가 상당히 높은 경우, 밀러 효과가 드레인 게이트 커패시턴스를 증폭하기 시작합니다.이 여분의 커패시턴스는 이미 큰 게이트 소스 커패시턴스에 추가되어 물건을 만듭니다. 이 모든 것이 충분하지 않으면 전원을 켤 때 다이오드 복구를 고려하십시오.

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