Fondo
Hola,
Estoy utilizando un H-Bridge para conducir un módulo de refrigeración termoeléctrica (TEC o Peltier ). No estoy aquí para hablar sobre los circuitos de control / voltajes de impulsión / velocidad de giro / pérdidas de conmutación, que sé que todos son importantes.
He explicado todo esto y optimizado mi circuito para asegurarme de que sean lo más eficientes y efectivos posible. El último problema restante es \ $ R_ {ds (on)} \ $ pérdidas en los MOSFET de los canales P y N en el H-Bridge. Se utiliza un puente en H para calentar / enfriar diferentes lados de la placa Peltier, dependiendo de la dirección de la corriente (solo un FYI para aquellos que no lo sabían).
(Nota: este circuito está simplificado. Hay varios componentes adicionales, como diodos de retorno, resistencia de derivación de corriente en serie, etc. en el circuito real)
Como puede ver, este es un sistema de alta potencia. Con un riel de 24V sobre un peltier de 30V, clasificado para 12A (sin embargo, lo corté a través de una fuente de alimentación y nunca superé los 10A). Esto significa que cada FET (excluyendo las pérdidas de conmutación) disipará la potencia en algún lugar del orden de \ $ P = I ^ 2 \ veces R = 100 \ veces R_ {ds (on)} \ $ Watts: ¡no hay nada de lo que reírse!
Nunca había calculado el calentamiento de un componente antes, por lo que quería asegurarme de que lo estoy haciendo aquí. Sé que esto se ha hecho en otros hilos innumerables veces, pero solo quería un poco de orientación y para asegurarme de que no me perdí nada al seguirlos como guías. Para simplificar, solo haré el P-FET.
Precisa \ $ R_ {ds (on)} \ $
El primer paso es encontrar un \ $ R_ {ds (on)} \ $ real en el que sea más probable que opere. Estoy conduciendo el P-FET con los controladores MOSFET, hasta los rieles. Entonces, \ $ V_ {gs} = -24V \ $ (sí, sé que el FET solo tiene una capacidad máxima de 25 V, y lo ideal sería utilizar un controlador de compuerta aislado con un N-FET o algún tipo de divisor de voltaje para disminuya la tensión del variador, etc., pero por ahora este es el caso de un prototipo simplista). De los gráficos de la hoja de datos:
Yaquesolosegraficana-15V,estoysobre-especificandoybasandomiscálculoseneso.Estoledaa\$R_{ds(on)}=\frac{1}{10\div0.2}=20m\Omega\$,loquepuedeverenlaFigura2seráaúnmejor,yaqueElFETsecalientacadavezmás,conunvoltajedeaccionamientoconstante(hasta30A,quenoestoyllegandoaningunaparte).Asíqueestoesrealmenteelpeordeloscasos.
Poder
Conesto,lapérdidadepotenciaenelFETserá:
\$P=I^2\vecesR=10^2\veces0.02=2W\$
Calor
Apartirdeesto,podemosusarlaresistenciatérmicadadaenlahojadedatosparacalcularelcalor.Ahora,estaesunacifrabastantecomplicada,yobviamentedependeengranmedidadeldiseñodePCB.Poreso,afortunadamente,estahojadedatosespecificaunaresistenciatérmica,unidaalambiente,paraunaalmohadillacuadradade1pulgadade2ozdecobre,exactamenteloquehehechoenmidiseñodePCBparaelFET.
Una vez más sobreespecificación, usaré un compromiso entre estas dos figuras de 50 grados por vatio. Entonces, esto da:
\ $ T_J - T_A = \ Theta_ {JA} \ times P = 50 \ times 2 = 100 \ $ degrees Celsius
\ $ \ por lo tanto \ $
\ $ T_J = 100 + 25 = 125 \ $ grados Celsius
Conclusión
Aquí hay muchas suposiciones, que (supongo) se esperan sin ninguna experimentación previa. Pero me gustaría pensar que he sobreespecificado lo que puedo y asumí el peor de los casos aquí. Dado que el dispositivo puede funcionar hasta 175 grados centígrados, ¿debería estar bien este diseño? Además de eso, esto también supone que esto se está impulsando constantemente, sin ningún tipo de enfriamiento, lo cual no es el caso. Esto se ejecutará esporádicamente, con diferentes ciclos de trabajo y con 3 ventiladores pequeños que lo enfrían.
Gracias por tu tiempo.