Eine Frage zum Erhitzen eines langsam abschaltenden MOSFET

Ich habe einen N-Kanal-MOSFET IRF530, dessen Datenblatt in der folgenden Schaltung verwendet wird:

Im eingeschalteten Zustand fließt ein Strom von 2,5 A. Also wollte ich zuerst einige Berechnungen anstellen, um zu prüfen, ob ich einen Kühlkörper benötigen würde, wenn er ständig im gesättigten / eingeschalteten Zustand wäre.

Den Erkenntnissen aus diesem Dokument folgend : Für jede Verlustleistung P (in Watt) kann man die effektive Temperaturdifferenz (ΔT) in °C berechnen als:

ΔT = P × θ

wobei θ der anwendbare Gesamtwärmewiderstand ist

Die thermischen Serienwiderstände beim obigen Modell zeigen den gesamten thermischen Widerstandspfad, den ein Gerät sehen kann. Daher ist das Gesamt-θ für Berechnungszwecke die Summe, dh

$\theta_{JA} = \theta_{JC} + \theta_{CA}$. Angesichts der Umgebungstemperatur$T_A$, P und θ, dann$T_J$berechnet werden können.

Also in meinem Fall TJmax = 175°C, Junction-to-Ambient θ gegeben als θJA = 62°C/W

$R_{DS}{(on)}$= 0,16 Ohm

Da der Strom 2,5A beträgt

$P = I^2 R = (2.5)^2(0.16) = 1W$, also wird ΔT der Temperaturanstieg zu:

ΔT = P × θ = 1 × 62 = 62°C

Nehmen wir an, die Umgebungstemperatur beträgt 35 °C, dann wird die Gesamttemperatur

35 + 62 = 97°C, was kleiner als 175°C ist

Erste Schlussfolgerung war, dass der MOSFET keinen Kühlkörper benötigt.

Bis ich die Schaltung simuliert habe ...

Was mir aufgefallen ist, ist, dass sich der MOSFET in meiner Anwendung sehr schnell einschaltet, für einige Sekunden fast konstante 2,5 A durch sich selbst durchlässt und sich langsam ausschaltet. Und während des Abschaltens gibt es ein Zeitintervall, in dem das I × V-Produkt ziemlich hoch wird.

Hier ist das Spannungs- und Stromdiagramm in LTspice, das zeigt, wie der MOSFET zum Zeitpunkt Null einschaltet, eingeschaltet bleibt und sich langsam ausschaltet:

Und hier ist, was LTspice für die Leistung während dieses Zeitintervalls anzeigt:

Meine Fragen sind

1-) Welcher logischen Argumentation soll ich an dieser Stelle folgen? Pmax = 30W hier. Wenn ich das Verfahren verwende, das ich am Anfang geschrieben habe, wird die Temperatur steigen

ΔT = P × θ = 30 × 62 = 1861 °C

Aber das ist verrückt. Wenn ich den MOSFET viele Male ein- und ausschalte, kann ich mit dem Finger fühlen, dass er wirklich heiß wird. In meiner Anwendung schaltet ein Druckknopfschalter den MOSFET ein und eine RC-Verzögerung schaltet ihn aus. Es wiederholt sich nicht ständig, meine ich. Brauche ich hier einen Kühlkörper?

2-) Hier geht es um die Leistung während der Einschaltzeit. In LTpice beträgt die Leistung des MOSFET während der Einschaltzeit, wie Sie sehen, etwa 500 mW, aber ich berechne die Verlustleistung wie folgt:

$P = I^2 R = (2.5)^2 ( 0.16) = 1W$anhand von Datenblättern$R_{ds(on)}$. In meinem Fall$V_{gs}$15V nicht 10V. Kann das der Grund für diesen Unterschied sein?

bearbeiten:

Für @ jbord39 wird die Leistung an der Last R1 zusammen mit der Leistung des MOSFET unten angezeigt: