MOSFET: Wie kann festgestellt werden, ob ein Kühlkörper erforderlich ist? [geschlossen]

Die Leistungsaufnahme der Last ist völlig irrelevant. Die 400 W Leistung, die Sie schalten, wird nicht vom MOSFET abgeführt. Es wird per Definition durch die Last dissipiert. Der MOSFET verbraucht (hoffentlich) viel weniger Leistung.

In einer Schaltanwendung (Ein/Aus) funktioniert es wie folgt:

• Berechnen Sie den Drainstrom I _D , der durch den MOSFET fließt. Sie können es bestimmen, indem Sie Ihren Laststromverbrauch (400 W) durch die Lastspannung teilen (Sie haben sie nicht angegeben). Oder vielleicht ist es direkt in den Lastspezifikationen angegeben.
• Überprüfen Sie die Gate-Spannung, mit der Sie den Mosfet ansteuern. Dies hängt von Ihrer Steuerplatine ab und sollte daher in der Dokumentation angegeben werden. Es liegt normalerweise zwischen 5 V und 12 V. Vielleicht hängt es von der Spannung ab, die Sie an die Steuerplatine liefern.
• Überprüfen Sie das Datenblatt des MOSFET, um die V _DS bei der von Ihnen verwendeten Gate-Spannung und dem verwendeten Drain-Strom zu erhalten. Im Datenblatt des IXFH52N30P ist es in Abbildung 3 angegeben (unter der Annahme von 125 °C - Abb. 1 steht für 25 °C, aber wir sind höchstwahrscheinlich viel heißer als das). Bei einer Gate-Spannung von 10 V und 20 A sind es beispielsweise etwa 2,5 V.
• Die Leistung, die der MOSFET (nicht die Last) abführt, ist: V _DS * I _D . Mit den obigen Annahmen macht es ungefähr 50 W (2,5 V * 20 A).
• Um zu prüfen, ob Sie ohne Kühlkörper auskommen können, würden Sie dann den im Datenblatt angegebenen Wärmewiderstandswert R _{thJA (Verbindung zur Umgebung) (angegeben in °C / W) erhalten und ihn mit der Verlustleistung multiplizieren.} Für den IXFH52N30P ist R _thJA nicht im Datenblatt angegeben . Es scheint, dass die Ingenieure hier davon ausgegangen sind, dass der FET nur mit einem Kühlkörper verwendet wird. Wie auch immer, diese Art von FET-Paketen kann nicht viel mehr als ein paar Watt ohne Kühlkörper verarbeiten, und ich denke, Sie werden oben sein.
• Angenommen, Sie benötigen einen Kühlkörper, erhalten Sie den Wärmewiderstand des Kühlkörpers, indem Sie diese Formel anwenden: (T _JM - T _A ) / P - R _thJC - R _thCS . Grundsätzlich berechnen Sie den maximalen Gesamtwärmewiderstand, indem Sie die Temperaturdifferenz zwischen der "max. Sperrschichttemperatur" (150 ° C - im Datenblatt angegeben) und der Umgebungstemperatur durch die Leistung dividieren. Dann subtrahieren Sie die thermischen Widerstände des Verbindungsgehäuses und des Gehäuses (beide auch im Datenblatt angegeben) von dem erhaltenen Wert.
• Wählen Sie einen Kühlkörper mit einem niedrigeren Wärmewiderstand. Die Wärmewiderstände der Kühlkörper sollten auch in ihren jeweiligen Datenblättern angegeben werden (ja, sogar Kühlkörper haben Datenblätter).

Woher weiß ich, wie viel Strom es ohne Kühlkörper verarbeiten kann?

Indem Sie in das Datenblatt schauen und dann rechnen. Das sollte eigentlich klar sein.

Jedes kompetente Datenblatt gibt Ihnen den Wärmewiderstand von Chip zu Gehäuse und die maximal zulässige Chiptemperatur an. Daraus errechnet man, wie viel heißer der Chip wird als bei einer bestimmten Verlustleistung. Gegen diesen Teil kannst du nichts machen. Subtrahieren Sie dies von der maximal zulässigen Chiptemperatur, und das ist die maximale Temperatur, die Sie dem Gehäuse erlauben können. Die Differenz zwischen dieser und der höchsten Umgebungstemperatur, in der das Gerät arbeiten muss, ist die maximale Temperatur, die der Kühlkörper absenken kann. Jetzt finden Sie einen Kühlkörper, der einen geringeren Wärmewiderstand gegenüber der Umgebung hat.

Auch dies ist nur einfache Arithmetik.

Beispiel

Ich habe mir gerade ein zufälliges Leistungstransistor-Datenblatt geholt, das zufällig für einen TIP42 PNP-Transistor war. Auf der ersten Seite im absoluten Maximumabschnitt steht, dass die maximale Sperrschichttemperatur 150 °C beträgt und die maximale Verlustleistung mit dem Gehäuse bei 25 °C 65 W beträgt. Das sagt es Ihnen nicht direkt, aber es impliziert, dass die Sperrschicht Die Temperatur beträgt 150 °C bei einer Gehäusetemperatur von 25 °C und einer Verlustleistung von 65 W. Das bedeutet, dass der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zum Gehäuse (125 °C)/(65 W) = 1,92 °C/W beträgt.

Nehmen wir an, Ihre Verlustleistung im ungünstigsten Fall beträgt 35 W und die höchste Umgebungstemperatur, die zum Betrieb erforderlich ist, beträgt 30 ° C.

Bei 35 W liegt die Sperrschicht 67,3 °C über der Gehäusetemperatur. Die Verbindungsstelle muss bei 150 °C oder darunter bleiben, also muss das Gehäuse bei 82,7 °C oder darunter bleiben. Das lässt 52,7 °C Headroom über der Worst-Case-Umgebung. Der Kühlkörper kann daher mit 35 W oder 1,51 °C/W nicht mehr als 52,7 °C vom Gehäuse zur Umgebungstemperatur ansteigen lassen.

Die Antwort in diesem Fall lautet also, dass Sie einen Kühlkörper benötigen, der 1,5 °C/W oder weniger aushält. Beachten Sie, dass davon ausgegangen wird, dass sich das offene Ende des Kühlkörpers auf Umgebungstemperatur befindet. Wenn es sich um eine Box handelt, müssen Sie den Temperaturanstieg in der Box berücksichtigen. Sehen Sie sich auch das Datenblatt des Kühlkörpers genau an. Es wird wahrscheinlich aufgrund der Konvektion ein gewisser Mindestluftstrom angenommen. Es hat auch einen erheblich geringeren Wärmewiderstand mit forcierter Luftkühlung (mit anderen Worten ein Lüfter).