Una pregunta sobre el calentamiento de un MOSFET de apagado lento

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Tengo un MOSFET IRF530 de canal N con su hoja de datos utilizada en el siguiente circuito:

Cuandoestáencendidopasaunacorrientede2.5A.Asíqueprimeroquisehaceralgunoscálculosparacomprobarsinecesitaríaundisipadordecalorsiestuvieracontinuamenteenestadosaturado/encendido.

Siguiendoelconocimientodeeste documento : Para cualquier disipación de potencia P (en vatios), se puede calcular el diferencial de temperatura efectivo (ΔT) en ° C como:

ΔT = P × θ

donde θ es la resistencia térmica total aplicable

Lasresistenciastérmicasdelaserieenelmodeloanteriormuestranlatrayectoriaderesistenciatérmicatotalqueundispositivopuedever.Porlotanto,eltotaldeθparafinesdecálculoeslasuma,esdecir,

\$\theta_{JA}=\theta_{JC}+\theta_{CA}\$.Dadalatemperaturaambiente\$T_A\$,Pyθ,entoncessepuedecalcular\$T_J\$.

Porlotanto,enmicasoTJmax=175°C,JunctionJunction-to-AmbientθsepresentacomoθJA=62°C/W

\$R_{DS}{(on)}\$=0.16ohm

Dadoquelacorrientees2.5A

\$P=I^2R=(2.5)^2(0.16)=1W\$,porloqueriseTelaumentodetemperaturaseconvierteen:

ΔT=P×θ=1×62=62°C

Digamosquelatemperaturaambienteesde35°C,luegolatemperaturatotalseconvierteen

35+62=97°C,queesmenorque175°C

LaprimeraconclusiónfuequeelMOSFETnonecesitaundisipadordecalor.

Hastaquesimuléelcircuito...

Loquenotéesque,enmiaplicación,elMOSFETseenciendemuyrápidamente,pasacasiunaconstantede2.5Aporunossegundosyseapagalentamente.Yduranteelapagado,hayunintervalodetiempoenelqueelproductoI×Vsevuelvebastantealto.

AquíestáelgráficodevoltajeycorrienteenLTspicedondemuestracómoseenciendeelMOSFETenelmomentocero,permaneceencendidoyseapagalentamente:

YaquíestáloquemuestraLTspiceparalaalimentaciónduranteesteintervalodetiempo:

Mispreguntasson

1-)¿Quétipoderazonamientológicodeboseguirenestemomento?Pmax=30Waquí.Siutilizoelprocedimientoqueescribíalprincipio,elaumentodetemperaturaseconvierteen

ΔT=P×θ=30×62=1861°C

Peroestoesunalocura.SienciendoyapagoelMOSFETmuchasvecespuedosentirconeldedoquerealmentesecalienta.Enmiaplicación,uninterruptordebotónenciendeelMOSFETyunretardoRCloapaga.Noserepitecontinuamente,quierodecir.¿Necesitoundisipadordecaloraquí?

2-)Estoessobreelpoderduranteeltiempo.EnLTpiceduranteeltiempoenqueseve,lapotenciadelMOSFETesdeunos500mW,perocalculoladisipacióndepotenciacomo:

\$P=I^2R=(2.5)^2(0.16)=1W\$usandolahojadedatos\$R_{ds(on)}\$.Enmicaso\$V_{gs}\$es15Vno10V.¿Puedeseresalarazóndeestadiferencia?

edit:

Para@jbord39,lapotenciaenlacargaR1semuestrajuntoconlapotenciadelMOSFETacontinuación:

    
pregunta user16307

2 respuestas

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Si utilizo el procedimiento que escribí al principio, el aumento de temperatura se convierte en

     

ΔT = P × θ = 30 × 62 = 1861 ° C

     

Pero esto es una locura. ... ¿Necesito un disipador de calor aquí?

Usted no está considerando la capacidad de calor del chip. Esto actúa como un condensador en el circuito equivalente térmico, conectado entre Tj y (algo definido arbitrariamente) a tierra, lo que evita que el chip se caliente instantáneamente. Lamentablemente, es poco probable que encuentre buenos datos sobre el valor exacto de este condensador.

Puede consultar la curva de área de operación segura para su MOSFET:

Según esto, probablemente sea más seguro mantener su tiempo de conmutación por debajo de 10 ms, en lugar de cerca de 1 s como lo tiene actualmente.

    
respondido por el The Photon
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Tus simulaciones parecen muy razonables. Está cambiando 120W y está quemando unos 30W en el MOSFET cuando se apaga. Si desea evitar que el FET se caliente tanto, debe apagarlo más rápido.

En este momento, cuando se abre el interruptor, la carga en la puerta debe filtrarse lentamente a través del potenciómetro de 1Meg + 470kOhm + 5Meg antes de llegar al suelo.

Por lo tanto, hay más tiempo (en comparación con si la compuerta se descargó más rápidamente) que el MOSFET es débilmente conductor / R más alto (en comparación con el estado). Esto aumenta la potencia. Esto se exacerba un poco ya que la corriente del inductor no puede cambiar instantáneamente (y por lo tanto forzará la corriente a través del FET de mayor resistencia) cuando el MOSFET se apaga.

Alternativamente, la ruta de extracción es solo a través de la resistencia de 1Meg.

Puede reemplazar su interruptor SPST con un interruptor SPDT y conectar la configuración de "apagado" a tierra (en lugar de flotar). Esto debería acelerar el apagado de la puerta y evitar que queme tanta energía por cada evento de conmutación.

    
respondido por el jbord39

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