SOT-23 NMOS-Transistorverlustleistung

Was Sie berechnet haben, ist die von Solenoid und Transistor zusammen verbrauchte Leistung. Der Transistor wird vielleicht 0,1 Volt abfallen, wenn er 0,2 Ampere durchlässt, daher beträgt seine Verlustleistung 20 Milliwatt.

In Ihrem Fall ist der 2N7002 vielleicht etwas näher am Limit. Siehe folgende Grafik: -

Dies sagt Ihnen, dass, wenn Sie das Gate mit 5 Volt ansteuern und 0,2 Ampere durch den Drain leiten, der Spannungsabfall von Drain zu Source 0,3 Volt betragen könnte. Die Verlustleistung beträgt 60 mW.

Wenn Sie das Gate jedoch mit 3-V-Logiksignalen ansteuern, wird es wahrscheinlich braten, da bei 0,2 A keine Auflösung der 3-V-Kurve vorhanden ist. In Wirklichkeit benötigt die Schaltung etwa ~50 mA, wobei 75 % der Spannung über dem Transistor liegen, sodass die Leistung ~ 675 mW betragen würde und zu viel für einen mickrigen 2N7002 wäre.

Abgesehen davon, nachdem Sie das Datenblatt gelesen haben, ist ~ 0,1 A (Fairchild) die absolute Grenze für den 2N7002. Sie sollten also nicht in Betracht ziehen, dieses Gerät zum Ansteuern eines 0,2-A-Solenoids zu verwenden. Andererseits beträgt die Grenze für NXP 300 mA (SOT23-Paket), sodass Sie überprüfen müssen, was die Quelle für das Gerät ist. Es kann ärgerlich sein, wenn verschiedene Anbieter dies tun. Supertex gibt 115 mA an (wie FC) und ich werde nicht auf andere eingehen, aber hoffentlich sehen Sie das Problem.

Sie benötigen auch eine Flyback-Catch-Diode über dem Solenoid, da der Strom durch den Solenoid beim Ausschalten des FET ein Magnetfeld erzeugt und daher Energie gespeichert hat - diese Energie verwandelt sich in eine große Spannungsspitze, die Transistoren leicht beschädigen kann wenn sie versuchen, das Solenoid zu deaktivieren.

Sie berechnen die Verlustleistung Ihres Transistors falsch.

18V * 0,2A ist die Leistung des Solenoids. Die Leistung des NMOS ist der Spannungsabfall über dem Transistor multipliziert mit dem Strom durch ihn.

Typischerweise wird für einen vollständig geschalteten MOSFET im Datenblatt ein ohmscher Wert als rds (on) angegeben, der der Widerstand im eingeschalteten Zustand ist. Sie können die Leistung also so berechnen, als wäre der Transistor ein Widerstand (P = I²R).

Oft gibt das Datenblatt auch einen Spitzenimpulsstrom und die Dauer dieser Spitzen an, was Sie annehmen würden. Es wird für kurze Zeit etwas mehr Strom verbrauchen, aber es braucht Zeit, bis sich die Wärme abgeführt hat und das Teil nicht überhitzt und beschädigt wird. Diese Impulse sind typischerweise viel kürzer als Sekunden oder Minuten.

Sie machen einen häufigen Fehler. Sie sollten den NMOS-Transistor als Schalter verwenden, was bedeutet, dass er entweder leitend oder nicht leitend ist. Wenn es nicht leitend ist, fließt kein Strom, also P = V * I = 18 V * 0 = 0 W, Gut, kein Problem.

Wenn der NMOS leitet und der Magnet aktiviert ist, fließt Strom, aber die 18 V sollten nicht über den Transistor fallen, sondern über den Magneten! Wenn Sie im Datenblatt des 2n7002 nachsehen, sollten Sie feststellen, dass es einen Einschaltwiderstand von etwa 4 Ohm hat. Dieser Wert hängt von den von Ihnen angelegten Vgs und dem Strom ab. Der Strom beträgt 0,2 A * 4 Ohm = 0,8 Volt. Die Verlustleistung beträgt also: P = 0,8 * 0,2 = 0,16 W. Das ist niedrig genug!

Fazit: Das funktioniert einwandfrei!

Sie verwenden den MOSFET als Schalter. Wenn der MOSFET eingeschaltet ist, erscheint er als niederohmiger Widerstand zwischen Drain und Source. Dies wird Rds ON genannt. Bei einem 2N7002 von NXP sind das etwa 2,8 Ohm (bei Vgs=10V, Id=0,5A und Tj=25C).

Bei 200 mA Drainstrom beträgt der Spannungsabfall 0,56 V. Die Verlustleistung des MOSFET beträgt 0,56 V * 0,2 A = 112 mW. Dies bedeutet, dass bei 18-V-Versorgung (18 V - 0,56 V) über dem Magneten liegt.

Der Moment, in dem die Spannung Ihrer Last wichtig ist, ist, wenn der Schalter ausgeschaltet ist. In diesem Fall sollte der MOSFET keinen Strom leiten (möglicherweise kleine Leckage), und der MOSFET muss die volle Versorgungsspannung über Drain und Source "blockieren". Dies ist die Drain-Source-Nennspannung, die beim 2N7002 60 V beträgt.

Der Grund, warum Ihr Prototyp gut zu funktionieren schien, liegt darin, dass wir nur 112 mW Verlustleistung hatten. Das NXP-Datenblatt gibt eine maximale Verlustleistung von 0,83 W bei 25 °C Umgebungstemperatur an. Leistungsgrenzen werden in erster Linie durch die maximale Sperrschichttemperatur und den thermischen Widerstand festgelegt. Ein SOT-23 hat typische Wärmewiderstandswerte von 100 - 150 C/W (abhängig von PCB, Layout, etc. - ist oft eine kleine Vermutung).

Unter der Annahme des ungünstigsten Falls erwärmt sich die Verbindungsstelle des Geräts auf 0,112 W * 150 ° C / W = 16,8 ° C über der Umgebungstemperatur. Über Umgebungstemperatur ist wichtig, da dies bedeutet, dass Sie möglicherweise ein Gerät herabsetzen müssen, wenn Ihr Produkt bei höheren Umgebungstemperaturen arbeiten muss. Wenn die Schaltung zB bei einer Umgebungstemperatur von 80 °C arbeiten muss, beträgt die Sperrschichttemperatur 96,8 °C. Die Grenze liegt bei 150 ° C, daher sollte die Schaltung in Ordnung sein.

Es ist gefährlich, wenn sich die Spezifikationen für die generischen Teile zwischen den Herstellern unterscheiden. In diesem Fall kann es ratsam sein, einen anderen MOSFET auszuwählen oder innerhalb der Worst-Case-Spezifikationen zu bleiben.