Warum erwärmt sich dieser Schalttransistor?

Dies funktioniert nicht als Schalter. Stattdessen bildet es eine Stromquelle oder einen linearen Spannungsregler (Sie können selbst erklären, wie es geht, aber eine detaillierte Erklärung finden Sie weiter unten) . Gemäß den Anmerkungen zum Schaltplan beträgt die Spannung an D und S von Q2 im schlimmsten Fall 12-3,0 = 9 V. Wenn Sie dies mit dem Laststrom (Lüfterstrom) multiplizieren, finden Sie die Verlustleistung ($P_D$) bis Q2. Multiplizieren$P_D$mit$R_{th j-a}$von AO3401, die als min. 100 im Datenblatt und Sie werden einen Temperaturanstieg finden. Dies könnte die übermäßige Hitze erklären. Sie können dies überprüfen, indem Sie die maximale Steuereingangsspannung (1,2 V) anlegen und sehen, dass sich Q2 nicht erwärmt.

Lassen Sie mich nun erklären, wie dies als Linearregler funktioniert (gemäß dem Schema in Ihrer Frage):

1) Zum Zeitpunkt des Einschaltens der Schaltung (unter der Annahme, dass der Steuereingang 0 ist) ist der Ausgang des Komparators aufgrund des Pull-down-Widerstands (R2) 0. Der Komparatorausgang ist also niedrig --> Q1 ist aus --> Q2 ist aus --> Kein Laststrom / keine Lastspannung --> Die Spannung an R2 ist Null --> Der Ausgang bleibt niedrig.

2) Wenn die Steuerspannung angelegt wird, versucht der Komparator, seinen Ausgang auf 12 V zu erhöhen. Wenn sich diese Ausgangsspannung dem Vbe-Schwellenwert von Q1 nähert/erreicht (wobei 100R an den Emitter vernachlässigt wird) , beginnt der CE-Widerstand von Q1 abzunehmen. Somit beginnt die GS-Spannung (also der DS-Widerstand) von Q2 abzunehmen, was dazu führt, dass der Laststrom (also die Lastspannung) zunimmt.

3) Diese Lastspannung wird durch 1+(R8+R3)/R2=1+90k/10k=10 geteilt und an den negativen Eingang des Komparators ($V_{in-} = V_L/10$). Wenn diese FB-Spannung (dh Spannung an R2) die Spannung am positiven Eingangsanschluss (dh Steuerspannung) erreicht und überschreitet, versucht der Komparator, seinen Ausgang auf 0 zu verringern.

4) Der Ausgang des Komparators beginnt abzunehmen, sodass Vbe von Q1 abzunehmen beginnt, was zu einem Anstieg des CE-Widerstands führt und Q2 dazu zwingt, seinen DS-Widerstand zu erhöhen. Dies führt zu einem abnehmenden Laststrom (und damit zu einer Lastspannung). Diese Spannung wird durch 10 geteilt und an den negativen Eingang des Komparators ($V_{in-} = V_L/10$).

5) Jetzt ist die Spannung am negativen Eingang niedriger als am positiven Eingang, sodass der Komparator versucht, seinen Ausgang auf 12 V zu erhöhen. Die Ausgabe beginnt zu steigen und der Zyklus beginnt von neuem ab (2).

Folglich beträgt die Spannung an der Last das 10-fache der Steuerspannung:$V_L = V_{ctrl} \cdot 10$und die Spannung über MOSFET ist$V_{DS} = 12V - V_L$. Wir haben keine Informationen über Ihre Last, daher ist es ziemlich schwer zu erraten, wie hoch der Laststrom ist. Wie auch immer, die vom MOSFET verbrauchte Leistung wird sein$P_D = V_{DS} \cdot I_L$.

Ich habe eine Simulation auf Proteus 7 gemacht. Sie können sie hier herunterladen und hier ist ein Screenshot:

(Ich habe LMV393 verwendet, weil LM393 nicht in Proteus definiert ist, aber LMV393 die Niederspannungsversion von LM393 ist).

Nehmen wir Ihren Lüfterstrom an$I_L=50mA$@$V_L=5V$. Die Verlustleistung des MOSFET wird also sein$P_D = 7V \cdot 0.05 = 0.35W$. Multiplizieren Sie dies mit$R_{th(j-a)}=100$ergibt einen Temperaturanstieg von$\Delta T = 100°C/W \cdot 0.35W = 35°C$. Unter der Annahme einer Umgebungstemperatur von 24 °C beträgt die Endtemperatur des MOSFET 24 + 35 = 59 °C.

Hoffe, diese Erklärung ist genug und nützlich für Sie.