MOSFET: ¿cómo determinar si se requiere un disipador de calor? [cerrado]

para un mosfet dado, ¿cómo sé cuánta corriente puede manejar sin un disipador de calor?

Podría ir a lo seguro y agregar un disipador térmico + ventilador, pero la placa del controlador que estoy usando no tiene orificios de montaje para ningún disipador térmico de montaje en pcb. Está fusionado, pero solo quiero estar seguro.

Entonces, por ejemplo, si estuviera usando un mosfet como interruptor para una carga de 360 ​​W y es de 0,31 grados C por vatio, entonces en aire a 25 grados C será

0.31 x 360w = 111 grados c!!!! basado en un IXFH52N30P como ejemplo

Si, por ejemplo, fui lo suficientemente estúpido como para no usar un disipador de calor, entonces podría descontrolarse térmicamente debido a que el mosfet eleva la temperatura ambiente, ¿verdad?

Buscas las especificaciones térmicas en la ficha técnica
entonces dirá que tengo una potencia máxima absoluta de 200w y no debería acercarme a ella
No es la corriente, sino la disipación de energía lo que es relevante aquí. La caída de tensión multiplicada por la corriente es igual a la potencia. Luego use las especificaciones térmicas para calcular el aumento de temperatura resultante.
Tengo una potencia máxima absoluta de 200w Esa no es una especificación térmica , es una especificación de área de operación segura . Una especificación térmica es como: Resistencia térmica de la unión a la carcasa: 3,5 K/W. Funcionamiento al aire libre: 80 C/W. Lo que necesita son los números Kelvin/Watt o Celsius/Watt. Entonces, 80 K/W significa que en aire a 20 grados C, MOSFET disipando 1 vatio, alcanzará 20 + 80 = 100 grados Celsius, ¡eso es CALIENTE!
Las respuestas serían más relevantes si nos dijera para qué se usa este mosfet. ¿Simplemente encender/apagar algo? ¿Como la etapa de salida de un amplificador de clase D? ¿De un amplificador de clase A? ¿Cuáles son las corrientes/voltajes involucrados? ¿Cuál es el número de parte de este mosfet? (alguna hoja de datos?)
Lo siento, solo un interruptor. Es encender y apagar una cama caliente para una impresora 3d. El problema es que no sé exactamente cuánta corriente usa mi cama de impresora 3D en particular y aún no he traído un controlador. Solo como ejemplo, digamos que está cambiando una carga de 400w. que mosfet me recomiendas
@Ageis No, está restringiendo la pregunta diciendo que la carga es de 400 vatios. Defina con precisión cuál es el voltaje de suministro y qué corriente toma la carga, luego indique qué voltaje de accionamiento de compuerta está usando, luego pruebe el MOSFET que cree que funcionará y muestre cómo ha puesto ese MOSFET en el circuito. Entonces alguien podría sentir la necesidad de responder.
Estás confundiendo la potencia en la carga con la potencia en el transistor.

Respuestas (2)

El consumo de energía de la carga es completamente irrelevante. El MOSFET no disipa la potencia de 400 W que está cambiando. Es, por definición, disipado por la carga. El MOSFET disipa mucha menos energía (con suerte).

En una aplicación de encendido/apagado, así es como funciona:

  • Calcule la corriente de drenaje I D que pasará por el MOSFET. Puede determinarlo dividiendo el consumo de energía de la carga (400 W) por el voltaje de la carga (no lo especificó). O tal vez se da directamente en las especificaciones de carga.
  • Verifique el voltaje de la puerta con el que conducirá el mosfet. Depende de su placa controladora, por lo que debe especificarse en su documentación. Suele ser de 5V a 12V. Tal vez dependa del voltaje que esté suministrando a la placa del controlador.
  • Consulte la hoja de datos del MOSFET para obtener el V DS en el voltaje de la puerta y la corriente de drenaje que está utilizando. En la hoja de datos de IXFH52N30P, se muestra en la figura 3 (suponiendo que 125 °C; la fig. 1 es para 25 °C, pero lo más probable es que hagamos mucho más calor que esto). Por ejemplo, con un voltaje de puerta de 10 V y 20 A, es de aproximadamente 2,5 V.
  • La potencia que disipará el MOSFET (no la carga) es: V DS * I D . Con las suposiciones anteriores, genera alrededor de 50 W (2,5 V * 20 A).
  • Para verificar si puede prescindir del disipador de calor, obtenga el valor de resistencia térmica R thJA (unión al ambiente) que se proporciona en la hoja de datos (dado en °C/W) y lo multiplique por la potencia disipada. Para el IXFH52N30P, R thJA no se proporciona en la hoja de datos . Parece que los ingenieros aquí asumieron que el FET solo se usaría con un disipador de calor. De todos modos, este tipo de paquetes FET no pueden manejar mucho más que unos pocos vatios sin disipador de calor, y supongo que estarás por encima.
  • Entonces, ahora, suponiendo que necesita un disipador térmico, obtenga la resistencia térmica del disipador térmico aplicando esta fórmula: (T JM - T A ) / P - R thJC - R thCS . Básicamente, calcula la resistencia térmica total máxima dividiendo la diferencia de temperatura entre la "temperatura máxima de unión" (150 ° C, dada en la hoja de datos) y la temperatura ambiente por la potencia. Luego, resta las resistencias térmicas de la caja de conexiones y del disipador de la caja (ambas también se dan en la hoja de datos) del valor obtenido.
  • Elija un disipador de calor con una resistencia térmica inferior a esta. Las resistencias térmicas de los disipadores de calor también deben indicarse en sus respectivas hojas de datos (sí, incluso los disipadores de calor tienen hojas de datos).
Acabas de pasar por alto que MOS rds(on) tiene un coeficiente de temperatura positivo bastante alto. A 100C es probable que sea alrededor del doble que a 20C. Esto realmente no se puede dejar atrás.
@carloc. Tienes razón. Sin embargo, esto es fácil de solucionar: observe la fig. 3 de la hoja de datos (Vds a 125 °C) en lugar de la fig. 1, como mencioné. Estoy arreglando mi respuesta. Gracias. (EDITAR: hecho).
¿Cómo sé cuánta corriente puede manejar sin un disipador de calor?

Mirando en la hoja de datos y luego haciendo los cálculos. Esto realmente debería ser obvio.

Cualquier hoja de datos competente le indica la resistencia térmica de la matriz a la caja y la temperatura máxima permitida de la matriz. A partir de esto, calcula cuánto más caliente estará el dado que el caso para una disipación de energía particular. No hay nada que puedas hacer con esa parte. Reste esto de la temperatura máxima permitida del troquel, y esa es la temperatura máxima que puede permitir que alcance la caja. La diferencia entre eso y la temperatura ambiente más alta en la que el dispositivo necesita funcionar es la temperatura máxima que puede caer el disipador de calor. Ahora encuentra un disipador de calor que tiene una resistencia térmica al ambiente de menos que eso.

Nuevamente, esto es solo aritmética directa.

Ejemplo

Acabo de tomar una hoja de datos de un transistor de potencia aleatoria, que resultó ser para un transistor TIP42 PNP. En la primera página en la sección máxima absoluta, dice que la temperatura máxima de la unión es de 150 °C, y la disipación máxima con la carcasa a 25 °C es de 65 W. No lo dice directamente, pero implica que la unión la temperatura es de 150 °C con la carcasa a 25 °C y una disipación de 65 W. Eso significa que la resistencia térmica de la unión a la carcasa es (125 °C)/(65 W) = 1,92 °C/W.

Digamos que la disipación en el peor de los casos será de 35 W y la temperatura ambiente más alta que necesita para funcionar es de 30 °C.

A 35 W, la unión estará 67,3 °C por encima de la temperatura de la caja. La unión debe permanecer a 150 °C o menos, por lo que la carcasa debe permanecer a 82,7 °C o menos. Eso deja un margen de 52,7 °C por encima de la temperatura ambiente en el peor de los casos. Por lo tanto, el disipador de calor no puede permitir que aumenten más de 52,7 °C desde la carcasa hasta el ambiente con 35 W a través de él, o 1,51 °C/W.

Entonces, la respuesta en este caso es que necesita un disipador de calor que pueda hacer 1.5 °C/W o menos. Tenga en cuenta que esto supone que el extremo abierto del disipador de calor está a temperatura ambiente. Si está en una caja, debe tener en cuenta el aumento de temperatura en la caja. También mire cuidadosamente la hoja de datos del disipador de calor. Probablemente asume un flujo de aire mínimo debido a la convección. También tendrá una resistencia térmica considerablemente menor con refrigeración por aire forzado (en otras palabras, un ventilador).

Estoy votando a la baja porque no se menciona RthJA, que debe usarse cuando no hay un disipador de calor conectado al transistor. Esta respuesta también ignora RthCS, aunque depende en gran medida de la grasa térmica aplicada.
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