Теплоотвод транзисторов

Как я понимаю, сопротивление кристалл - корпус 1,14 градуса / ватт. Если я хочу рассеивать 11*11*0.285 = 34 Ватта, мне нужно сопротивление кристалл - атмосфера не больше 3,23.

Т.е. корпус - атмосфера должно быть не больше 2.1.

А как это связано с упомянутыми 30 градусами/ватт?

Все перечисленное он может, но может это по отдельности.

Единственное твое требование, которое ты озвучил 11А - ничего не значит, тк недостаточно данных. Но учитывая, что это предельное значение для данного типа-корпуса, подозреваю, что ты что-то делаешь не так.

Выбери что-нибудь в более серьезном корпусе. Или на крайняк, это-ж полевой транзистор? Соедини их штук 5 параллельно.

Коммутация 310 В, максимум 11 А.

Полигон 4x4 см под транзистор выделить могу.

Какие данные нужны?

Следи за руками: 2.2*2.2*0.285*5 = 6.9 Вт

Выбери что-нибудь в более серьезном корпусе.

Насколько я знаю, это тотже TO-220, но только по-другому сформованный. С TO-220 никогда проблем на 10 А не имел, но только я тогда до 20 вольт коммутировал. А сейчас понадобилось до 310 (выпрямленное 220), полез в даташит, а там такое.

Это я сам посчитать могу) Только я бы не хотел ставить 5 транзисторов (не бесплатных), там где можно поменьше. И лишь там где точно нельзя поменьше, ставить 5.

Они заявляют, что он может рассеять 110 Ватт. Это в каких условиях?

Дак, если «посчитать можешь», чего спрашиваешь?

По факту, ты хочешь использовать транзистор при одновременных предельных режимах по току, напряжению, мощности. При этом, насколько я понял, хочешь в качестве теплоотвода распаять его на медной дорожке печатной платы. У тебя плата обуглится, 300 В пробьют и все это превратится в 3-х киловаттный костер.

Я тебе дело говорю, если ты возьмешь более мощный транзистор, с кратным запасом по предельному току, то у него сопротивление открытого канала будет не 0.3 Ом, а на порядок меньше, соответственно на порядок меньше будет рассеиваемая мощность.

Кроме этого, на печатке 300 В разводить нужно очень осторожно. В блоках питания на плате просечки делают. А у тебя небольшой корпус транзистора, там миллиметры между выводами, просечки не сделаешь, а температура высокая.

absolute maximum ratings читаешь чтоли? те условия которые в них прописаны - это ССЗБ

Максимальная температура - 150 C. Т.е. при температуре окружающей среды 20 C на нем можно рассеять около 4 Вт.

P_tot=110 W (или 30 W для TO-220FP) дано для T_c=25 °C (табл. 2)

T_jmax=150 °C

(T_j-T_c)/P_tot = R_thj-c:

(150-25)/110=1.36 °C/W (для всех, кроме TO-220FP)

(150-25)/30=4.166 °C/W. (для TO-220FP)

Что и отображено в табл. 3. Все правильно. А в чем вопрос?

Не сгорит ли он от 11 А? Выделяемая мощность не менее 35 ватт (с учетом переходных процессов)

Как его правильно охлаждать?

К чему третья строчка в таблице, где говорится про 30 С/Вт?

Я рассчитал, какую мощность сможет отвести полигон, если T_c будет 125 C, получается около 5 Вт.

К чему тогда 110 Вт? Или это если он будет паяться не на pcb, а на толстую медную/серебряную пластину, способную эффективно отвести 110 Вт?

К чему третья строчка в таблице, где говорится про 30 С/Вт?

Смотри. Rthj_case - это тепловое сопротивление переход junction-case. Вторая строчка Rthj-amb - это суммарное тепловое сопротивление переходов junction-отружающая среда. Она дана для штыревых транзисторов, которые ставятся вертикально и прикручиваются к теплоотводу.

Тертья строчка R_thj-pcb дана для единственного планарного корпуса, который не предназначен по конструктивному исполнению для крепления на теплоотводах. Для него отводом является плата. Дано рассчетное тепловое сопротивление для случая в примечании (площадь меди на типовой FR-4)- 30 °C/W. Это и есть эффективность теплоотвода.

К чему тогда 110 Вт? Или это если он будет паяться не на pcb, а на толстую медную/серебряную пластину, способную эффективно отвести 110 Вт?

Ага. Если у тебя будет такой теплоотвод, скажем, R_th = 1 °C/W, то ты сумеешь это отвести от корпуса.

Тогда я делаю полигон, напаиваю на него медь миллиметр толщиной, сверху транзистор, не далее сантиметра от транзистора креплю хороший радиатор + вентилятор, и отвожу до 80 Вт при 75 градусах на транзисторе, что дает 0,6 С/Вт.

Ну либо удваиваю количество транзисторов, включая их параллельно, что снизит тепло вдвое.

Но сдается мне, что это немного геморрой и в массовом производстве так делать не будут. А тогда выходит, что в массовом производстве 110 Вт от него не отводят, а отводят до 10 Вт, если крепится на многослойную плату.

В чем тогда вообще смысл подобных транзисторов, если их нормально не охладить?

Как его правильно охлаждать?

1. Использовать в безопасных зонах (см. Fig 2, 4, 6), а не в предельных режимах. Или параллелить. Или брать еще более мощные транзисторы.

2. Повышать эффективность отвода любыми известными методами. Можно сверху наляпать теплоотвод. Видел, как иногда крепят медные пластины поверх SMD? Но там имей в виду, что верхняя часть корпуса плохо связана с кристаллом. То есть тепловое сопротивление кристалл-верхняя стенка корпуса D²PAK велика. С кристаллом связана нижняя подложка, которая подпаивается к плате. Поэтому надо повышать эффективность отвода в плату и дальше.

Если ты греешь транзистор, то сопротивление Rds повышается от температуры. Ты, наверное, еще заметил, но Rds max дано для случая T_case=25°C, а не для T_case=100°C. Если судить по таблице, то для T_c=25°C ток 13 А (это край, это вообще нельзя допускать, это absolute maximum), а для T_c=100°C уже 8.2 A (см. таблицу absolute max ratings). Иначе перегрев кристалла выше 150°C. Снизу как раз приписочка: это значение ограничено максимальной температурой кристалла. Если ты на разогретый до 100°C транзистор приложишь такую разность потенциалов, что пойдет ток 11 A, то ему крышка - сгорит. Поэтому твоя задача - удерживать T_case и это будет работа у предела смерти транзистора! Вот самолеты и падают. :) Может, еще до T_case=60°C (у уме линейно интерполировал, но там явно зависимость нелинейная) выдержит такой ток, но тоже не факт. Считай, что тебе надо фактически держать комнатную температуру корпуса в таком предельном режиме.

В массовом производства через такие транзисторы ток 11 А не пропускают. Это плохое проектирование. Это при 13 А в предельных праметрах-то при 25 градусах температуры корпуса. :)

В чем тогда вообще смысл подобных транзисторов, если их нормально не охладить?

Смысл этих транзисторов (и вообще всех) - не работать на предельных режимах. Absolute maximum ratings не для того даны. Это как бы характеристика живучести. Это параметры, при достижении которых прибор умирает. Никто не работает на предельных режимах.

Тогда я делаю полигон, напаиваю на него медь миллиметр толщиной, сверху транзистор, не далее сантиметра от транзистора креплю хороший радиатор + вентилятор, и отвожу до 80 Вт при 75 градусах на транзисторе, что дает 0,6 С/Вт.

При 0.6 °C/Вт у тебя на транзисторе будет чуть меньше. Здесь последовательное соединение тепловых сопротивлений R_j-c и R_c_amb, поэтому цепь.

T_j-----[ R_j-c ] ------ T_c ----- [ R_c_amb ] ----T_amb

Поэтому при T_amb=25 °C, T_j=150°C (примерно, так как ток 11 А близок к предельному режиму):

T_c=T_amb+(T_j-T_amb)*R_c_amb/(R_c_amb+R_j-c)=25+(150-25)*0.6/(1.37+0.6)=63°C.

Здесь не учтено тепловое сопротивление перехода корпус-радиатор. Оно температуру корпуса только поднимет. И T_j=150°C - это предельный случай. Но при токе 11 А и T_c=63°C (при T_c=100 °C у нас Id_max=8.2 А) оно так примерно и будет - транзистор на грани смерти.

Повышать эффективность отвода любыми известными методами. Можно сверху наляпать теплоотвод. Видел, как иногда крепят медные пластины поверх SMD?

Примерно это имел в виду: http://www.chinaicmart.com/uploadfile/200951712150895.gif

Еще не упомнул, что полигон можешь прикрутить (прислонить) на корпус металлический или массивную металлическую деталь.

Резюмируя: чем выше ты ток подаешь, тем большую мощность надо рассеивать. Это понятно. Например, твой Rds=0.286, если ты посмотришь даташит, был дан для тока 6.x А (точно забыл, лень опять даташит искать). Для большего тока Rds может оказаться больше, так как разогрев происходит и Rds растет. И вот если так, то для этого 6.x^2*0.285 где-то получается 12 Вт. Для поддержания температуры кристалла 150°C (крайний случай, такой температуры при таком токе не будет) при температуре окр. среды 40 °C (надо исходить из жары), то получается, что нужен теплоотвод (150-40)/12=9.1 °C/Вт (junction-amb). Вычитаем 1.36 °C/Вт (junction-case) и получаем 7.74 °C/Вт (case-ambient). Одного дюйма на плате маловато. Можно увеличить полигон, можно отверстий насверлить, сделать полигон и сверху, и снизу (эффективная площадь вырастет). Отверстия металлизировать и натыкать их почаще решеткой (это у нас heat pipes). Маской полигоны покрывать на надо.

При увелчении тока все увеличивается, а отвод должен быть еще более эффективным.

Ой, только заметил, что график зависимости Rds от тока есть в даташите! (Figure 10). Она растет, но не глобально. И есть еще зависимость нормальизованной Rds от температуры кристалла (Figure 15). А у тебя у транзистора переключения частые?

Не больше 5 кгц. PWM обычный.