baghear писал(а):Добрый день, можно ли как-то определить, что полевику работающему в ключевом режиме понадобится радиатор.
Например у IRFZ44N есть такой параметр как рассеиваемая мощность, она равна 94Ватта. При этом корпус TO-220 врядли без радиатора рассеит такую мощность, объясните пожалуйста как рассуждать в такой ситуации?
Ваш вопрос делится на два вопроса.
1. При известной рассеиваемой мощности определить ее допустимость.
2. Рассчитать рассеиваемую мощность в конкретной схеме при конкретных режимах.
Ответы.
1. Максимально допустимая мощность для транзистора указана при ОПРЕДЕЛЕННОМ УСЛОВИИ. Это условие - температура КОРПУСА = 25 градусов.
При этом нужно так же соблюдать допустимую температуру КРИСТАЛЛА, которая ограничена 175 градусами.
Для расчета температуры корпуса и кристалла используются параметры ТЕМПЕРАТУРНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ (Thermal Resistance) из даташита.
Этих сопротивлений в даташите указано ЧЕТЫРЕ:
- температурное сопротивление кристалл(переход)-корпус - 1,87 град/Ватт
- температурное сопротивление корпус-радиатор - 0,5 град/Ватт
- температурное сопротивление кристалл-среда - 62 град/Ватт
- температурное сопротивление кристалл-среда (для корпуса D2PAK припаянного на 1 кв.дюйм полигона печатной платы) - 40 град/Ватт
Если Вы применяете транзистор в корпусе TO220 БЕЗ РАДИАТОРА, то у Вас на каждый 1 Ватт рассеиваемой мощности на транзисторе дадут ПЕРЕПАД температуры между температурой окружающей транзистор среды (это не температура воздуха в помещении!) равный 60 градусам. 2 Ватта - 120 градусов и так далее - линейно.
Значит при температуре среды примерно в 40 градусов (около корпуса по любому будет "тепловой мешок", если нет обдува), температура кристалла при 1 Ватте составит 40+60=100 градусов Цельсия. При 2 Ваттах - 40+120=160 градусов...
А допустимая температура кристалла - всего 175. То есть если среда достигнет 55, то температура кристалла окажется предельно допустимой.
Так как при этом можно измерить температуру корпуса (кристалл не доступен), то нужно учесть, что при 1 Ватте кристалл горячее корпуса на 1,87 градуса, при 2 Ваттах - на 3,74 градуса и так далее линейно.
Если Вы решите использовать радиатор, то при его тепловом расчете нужно будет учесть, что между корпусом транзистора и радиатором будет перепад температур в 0,5 градуса на 1 Ватт. То есть, например, при 50 ваттах разница составит 25 градусов....
2. Расчет выделяемой мощности.
Общая выделяемая мощность состоит из ДВУХ слагаемых.
- статическая
- динамическая
Статическая равна произведению квадрата тока через канал и сопротивления канала при выбранном режиме работы (зависит от напряжения затвор-исток) деленное на скважность статического режима. То есть если у Вас транзистор работает с меандром, то скважность статического режима равна 2 и мощность будет в два раза меньше, чем при непрерывно открытом транзисторе. Температурная инерция очень маленькая, поэтому говорить о скважности можно только если частота переключений более 1 кГц, а если ниже, нужно вводить коррекцию по соответствующему графику из даташита (Fig 11).
Например, если ток 10 ампер и скважность 2, то статическая мощность составит 10*10*0,013/2=0,65 Ватт.
Динамическая мощность зависит от времени нахождения транзистора в активном режиме во время переключения и от скважности активного режима в периоде переключающего сигнала.
Расчет времени переключения ведется по параметру Полного заряда затвора (Total Gate Charge) и току короткого замыкания ДРАЙВЕРА, который подключен к клеммам затвор-исток. Время переключения равно отношению заряда к току. Для данного транзистора при токе драйвера в 100 мА время переключения составит 43нКл/100мА=430 нс. Мощность в активном режиме ПРИМЕРНО равна половине произведения тока через сток в открытом режиме и напряжения на стоке в закрытом.
Если питание 20 вольт, а ток 10 ампер - мгновенная мощность в активном режиме составит примерно 100 Ватт. Если период переключений составляет 100 мкс (10 кГц), то скважность будет 0,5*(100/0,43)=116 (множитель 0,5 из-за того, что переключений в периоде ДВА). Отсюда находим динамическую мощность: 100Ватт/116=0,86 Ватт
Итого для описанного примера суммарная мощность составит 0,65+0,86=1,51 Ватт.
При работе без радиатора и корпусе ТО220 ПЕРЕГРЕВ кристалла относительно среды составит 1,51*62=94 градуса. То есть при температуре около транзистора в 40 градусов температура его кристалла составит 134 градуса, а корпуса примерно 132.
Вот как то так...
