MOSFET: ¿cómo determinar si se requiere un disipador de calor? [cerrado]

El consumo de energía de la carga es completamente irrelevante. El MOSFET no disipa la potencia de 400 W que está cambiando. Es, por definición, disipado por la carga. El MOSFET disipa mucho menos poder (con suerte).

En una aplicación de conmutación (activar / desactivar), aquí está cómo funciona:

• Calcule la corriente de drenaje I _D que pasará por el MOSFET. Puede determinarlo dividiendo el consumo de energía de carga (400 W) por el voltaje de carga (no lo especificó). O tal vez esté directamente en las especificaciones de carga.
• Comprueba el voltaje de la compuerta con el que conducirás el mosfet. Depende de su tarjeta controladora, por lo que debe especificarse en su documentación. Por lo general es de 5V a 12V. Tal vez depende del voltaje que esté suministrando a la placa del controlador.
• Verifique la hoja de datos del MOSFET para obtener el V _DS a la tensión de la compuerta y la corriente de drenaje que está usando. En la hoja de datos del IXFH52N30P, se muestra en la figura 3 (suponiendo que 125 ° C - fig.1 es para 25 ° C, pero lo más probable es que estemos mucho más calientes que esto). Por ejemplo, con un voltaje de compuerta de 10V y 20A, es de aproximadamente 2.5V.
• El poder el MOSFET (no la carga) se disipará es: V _DS * I _D . Con los supuestos anteriores, hace aproximadamente 50W (2.5V * 20A).
• Para verificar si puede ir sin el disipador térmico, obtendría el valor de resistencia térmica R _thJA (de unión a ambiente) que figura en la hoja de datos (dada en ° C / W) y la multiplicará por El poder se disipó. Para el IXFH52N30P, R _thJA no se encuentra en la hoja de datos . Parece que los ingenieros aquí asumieron que el FET solo se usaría con un disipador térmico. De todos modos, este tipo de paquetes FET no pueden manejar mucho más que unos pocos vatios sin un disipador de calor, y supongo que estará arriba.
• Así que, ahora, suponiendo que necesita un heastink, obtenga la resistencia térmica del disipador aplicando esta fórmula: (T _JM - T _A ) / P - R _thJC - R _thCS . Básicamente, calcula la resistencia térmica total máxima dividiendo la diferencia de temperatura entre "temperatura máxima de unión" (150 ° C, dada en la hoja de datos) y la temperatura ambiente por la potencia. Luego, reste las resistencias térmicas de la caja de conexiones y del disipador de la caja (ambas también en la hoja de datos) del valor obtenido.
• Elija un disipador de calor con una resistencia térmica inferior a esta. Las resistencias térmicas de los disipadores también deben incluirse en sus respectivas hojas de datos (sí, incluso los disipadores térmicos tienen hojas de datos).

¿cómo sé cuánta corriente puede manejar sin un disipador de calor?

Mirando en la hoja de datos y luego haciendo los cálculos. Esto realmente debería ser obvio.

Cualquier hoja de datos competente le indica la resistencia térmica del troquel a la caja y la temperatura máxima permitida del troquel. A partir de esto, se calcula cuánto más caliente estará el dado que en el caso de una disipación de potencia particular. No hay nada que puedas hacer al respecto. Resta esto de la temperatura máxima permitida del troquel, y esa es la temperatura máxima a la que puedes permitir que llegue el estuche. La diferencia entre eso y la temperatura ambiente más alta en la que debe trabajar el dispositivo es la temperatura máxima que puede caer el disipador. Ahora encuentra un disipador de calor que tiene una resistencia térmica a la temperatura ambiente inferior a eso.

Nuevamente, esto es una simple aritmética.

Ejemplo

Acabo de agarrar una hoja de datos de transistores de potencia aleatorios, que resultó ser para un transistor PNP TIP42. En la primera página de la sección máxima absoluta, dice que la temperatura máxima de la unión es de 150 ° C, y la disipación máxima con el caso a 25 ° C es de 65 W. No le dice nada, pero implica que la unión la temperatura es de 150 ° C con la caja a 25 ° C y la disipación de 65 W. Esto significa que la resistencia térmica de la unión a la caja es (125 ° C) / (65 W) = 1.92 ° C / W.

Digamos que su peor caso de disipación será de 35 W y la temperatura ambiente más alta que necesita para funcionar es de 30 ° C.

A 35 W, la unión estará 67.3 ° C por encima de la temperatura de la caja. La unión debe permanecer a 150 ° C o menos, por lo que el caso debe permanecer a 82.7 ° C o menos. Eso deja un espacio de 52.7 ° C por encima del peor de los ambientes. Por lo tanto, el disipador térmico no puede permitir un aumento de más de 52.7 ° C desde la carcasa hasta el ambiente con 35 W a través de él, o 1.51 ° C / W.

Entonces, la respuesta en este caso es que necesita un disipador de calor que pueda funcionar a 1.5 ° C / W o menos. Tenga en cuenta que esto supone que el extremo abierto del disipador térmico está a temperatura ambiente. Si está en una caja, entonces hay que tener en cuenta el aumento de temperatura en la caja. También mire cuidadosamente la hoja de datos del disipador de calor. Probablemente asume un flujo de aire mínimo debido a la convección. También tendrá una resistencia térmica considerablemente menor con el enfriamiento por aire forzado (en otras palabras, un ventilador).