MOSFET: ¿cómo determinar si es necesario un disipador?

Question

Para un mosfet determinado, ¿cómo puedo saber cuánta corriente puede soportar sin un disipador?

Podría ir a lo seguro y añadir un disipador + ventilador pero la placa controladora que estoy usando no tiene agujeros de montaje para ningún disipador de montaje en pcb. Es fundido, pero sólo quiero estar seguro.

Así que, por ejemplo, si utilizo un mosfet como interruptor para una carga de 360w y es de 0,31 grados c por vatio, entonces en aire de 25 grados c será

0,31 x 360w = 111 grados c!!!! basado en un IXFH52N30P como ejemplo

Si, por ejemplo, fuera tan estúpido como para no utilizar un disipador de calor, entonces podría desbordarse a largo plazo debido a que el mosfet aumentaría la temperatura del ambiente, ¿verdad?

Answer 1

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

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

• Calcule la corriente de drenaje I _D que pasará por el MOSFET. Puedes determinarlo dividiendo el consumo de tu carga (400W) por la tensión de carga (no la has especificado). O tal vez se da directamente en las especificaciones de la carga.
• Comprueba el voltaje de puerta con el que vas a manejar el mosfet. Depende de tu placa controladora, por lo que debe estar especificado en su documentación. Normalmente es de 5V a 12V. Tal vez dependa del voltaje que suministres a la placa controladora.
• Consulte la hoja de datos del MOSFET para obtener la V _DS a la tensión de puerta y la corriente de drenaje que estás utilizando. En la hoja de datos del IXFH52N30P, se indica en la figura 3 (suponiendo 125°C - la figura 1 es para 25°C, pero lo más probable es que se caliente mucho más). Por ejemplo, con una tensión de puerta de 10V y 20A, es de unos 2,5V.
• El poder el MOSFET (no la carga) se disipará es: V _DS * I _D . Con los supuestos anteriores, hace unos 50W (2,5V * 20A).
• Para comprobar si se puede ir sin disipador, se obtendría entonces la R _thJA (unión a ambiente) indicado en la hoja de datos (en °C/W) y multiplíquelo por la potencia disipada. Para el IXFH52N30P, R _thJA no se indica en la hoja de datos . Parece que los ingenieros aquí asumieron que el FET sólo se usaría con un disipador. De todos modos, este tipo de paquetes FET no puede manejar mucho más que unos pocos vatios sin disipador de calor, y supongo que estará por encima.
• Así que, ahora, asumiendo que necesitas un disipador, obtén la resistencia térmica del disipador aplicando esta fórmula: (T _JM - T _A ) / P - R _thJC - R _thCS . Básicamente, se calcula la resistencia térmica total máxima dividiendo la diferencia de temperatura entre la "temperatura máxima de la unión" (150°C - indicada en la hoja de datos) y la temperatura ambiente por la potencia. A continuación, se restan las resistencias térmicas de la unión y del disipador (también indicadas en la ficha técnica) del valor obtenido.
• Elija un disipador con una resistencia térmica inferior a ésta. Las resistencias térmicas de los disipadores deben figurar también en sus respectivas hojas de datos (sí, incluso los disipadores tienen hojas de datos).

Answer 2

¿cómo puedo saber cuánta corriente puede soportar sin un disipador?

Mirando en la hoja de datos y luego haciendo las cuentas. Esto debería ser realmente obvio.

Cualquier hoja de datos competente indica la resistencia térmica del chip a la carcasa y la temperatura máxima permitida del chip. A partir de ahí, se puede calcular cuánto se calentará el chip en comparación con la carcasa para una disipación de energía determinada. No se puede hacer nada al respecto. Resta esto de la temperatura máxima permitida de la matriz, y esa es la temperatura máxima que puedes permitir que alcance la carcasa. La diferencia entre esa temperatura y la temperatura ambiente más alta a la que debe funcionar el dispositivo es la temperatura máxima que puede bajar el disipador. Ahora encuentra un disipador que tenga una resistencia térmica al ambiente menor que esa.

De nuevo, esto es simplemente aritmética directa.

Ejemplo

Acabo de coger una hoja de datos de un transistor de potencia al azar, que resultó ser para un transistor TIP42 PNP. En la primera página, en la sección de máximos absolutos, dice que la temperatura máxima de la unión es de 150 °C, y que la disipación máxima con la carcasa a 25 °C es de 65 W. No lo dice directamente, pero implica que la temperatura de la unión 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 su disipación en el peor de los casos será de 35 W y que la temperatura ambiente más alta a la que debe funcionar es de 30 °C.

A 35 W, la unión estará a 67,3 °C por encima de la temperatura de la carcasa. La unión debe permanecer a 150 °C o menos, por lo que la carcasa debe permanecer a 82,7 °C o menos. Esto deja un margen de 52,7 °C por encima del peor caso ambiental. Por lo tanto, el disipador no puede permitir un aumento de más de 52,7 °C entre la carcasa y el ambiente con 35 W a través de él, o 1,51 °C/W.

Así que la respuesta en este caso es que necesitas un disipador que pueda hacer 1,5 °C/W o menos. Ten en cuenta que esto supone que el extremo abierto del disipador está a temperatura ambiente. Si está en una caja, hay que tener en cuenta el aumento de temperatura en la caja. También hay que fijarse bien en la hoja de datos del disipador. Probablemente se 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).