Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Radiator do tranzystora - który będzie wydajniejszy?

17 Cze 2019 16:40 582 20
  • Poziom 30  
    Witam.

    Niestety nie jestem w temacie jeśli chodzi o liczenie i dobór radiatorów, proszę więc o wskazówkę.
    Potrzebuję z IRFP32N50K w sytuacji krytycznej (zwarcie) rozproszyć ciepło maksimum 150W (ograniczenie na 400..500mA przy jakichś 300V). Nie jest to moc ciągła, ponieważ jest to w budowanym prostym zasilaczu służącym do testowego uruchamiania małych zasilaczy impulsowych. Więc jak pójdzie na zwarcie to po prostu go wyłączę.
    Mam miejsca na 95mm wysokości i 90mm szerokości dla radiatorów jak na załączonym zdjęciu, po przycięciu miały by więc (szer. x gł. x wys.):
    - po lewej radiator z 4x 2N3055 - 89mm x 40mm x 95mm; Grubość materiału w miejscu przykręcenia 2,5mm (takie zfrezowanie o szerokości 18mm) a dalej na boki 3,3mm. Żeberka mają 2mm grubości
    -po prawej 85mm x 35mm x 95mm; podstawa 4,9mm, żeberka grubość 3mm

    Który ciąć? Wydaje mi się że ten drugi.

    Pozdrawiam.
    Darmowe szkolenie: Ethernet w przemyśle dziś i jutro. Zarejestruj się za darmo.
  • Moderator Projektowanie
    Rezystancję termiczną tych radiatorów można oszacować przez porównanie z innymi katalogowymi na:
    - po lewej ma ok. 2,5-3K/W (miałby ok.1,7k/W ale ma bardzo cienki środnik - piszesz że ma 2,5mm).
    - o prawej ma ok. 1,6K/W.
    IRFP32N50K https://www.google.pl/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=...fp32n50k.pdf&usg=AOvVaw11dNSt_Vu_d35TB3rI99sh ma Rthjc=0,26K/W, trzeba założyć Rthcs=0,24K/W (bardzo optymistycznie), więc dla lepszego radiator o Rthsa=1,6K/W i temp. otoczenia Ta=25stC mamy moc strat:
    P=(Tjmax-Ta)/(Rthjc+Rthcs+Rthsa)=125/2,1= ok.60W.
    Wytracenie mocy 150W na tym tranzystorze jest nierealne, nie istnieje taki radiator.
    Jedynie wydajne chłodzenie wodne specjalnej konstrukcji daje jakieś szanse.
    I nawet gdybyś użył mocno dmuchającego na ten radiator wentylatora co zmniejszyłoby Rthsa do 0,5K/W (i tego nie ma jak oszacować) to otrzymałbyś P=125/1=125W.
    Ale to jest już stąpanie po bardzo cienkim lodzie. Nikt rozsądny nie będzie próbował tu mocy większej niż 80-100W.
    Powyżej mowa jest o konstruowaniu zgodnie ze sztuka, aby nie przekroczyć Tjmax. Na krótką metę to będzie działać nawet jeśli Tj osiągnie 200stC czy nawet więcej ( a tego nie zmierzysz), ale wtedy czas pracy takiego tranzystora drastycznie spada.
    Lepiej użyć dwóch - trzech takich tranzystorów równolegle, zapewnić im wyrównanie prądów (dla pracy impulsowe się da, dla liniowej to trudne).
    Inna sprawa - skąd wiesz, że ten tranzystor w ogóle to wytrzyma ze względu na SOAR ? (wtórne przebicie).
    Patrz na wykres Fig 8. Maximum Safe Operating Area str 4 datasheet - producent w ogóle nie zaznaczył pracy DC. To tranzystor tylko do pracy impulsowej, co nie znaczy że się do liniowej nie nadaje, ale producent tego nie gwarantuje, wiele tranzystorów MOSFET cierpi na efekt zbliżony do wtórnego przebicia (znanego z BJT) i o to należy przede wszystkim podejrzewać te, których producent nie podaje wykresu dla DC.
  • Poziom 30  
    Radiator ten drugi wychodzi na to, że jest to profil A-4291 czerniony.
    Srebrny ma około 1,1K/W przy aktualnych wymiarach. Czarny?... mniej trochę. Ale muszę przyciąć.
    Jeśli założę strukturę 150°C, otoczenie 30°C i straty 150W - otrzymuję 0.8K/W
    W tym Rjc = 0,26 i Rcs=0,24 i zostaje mi 0.3K/W.

    Ok, tnę i wsadzam wiatraczek. Chyba inaczej nie da się, choć ciekawe jak to liczą dla takiego Xenona z TDP 120W.

    trymer01 napisał:
    Lepiej użyć dwóch - trzech takich tranzystorów równolegle, zapewnić im wyrównanie prądów (dla pracy impulsowe się da, dla liniowej to trudne).

    Nie za bardzo rozumiem co mi to da. Tranzystor ma Power Dissipation 460W i mieszczę się w SOA przy prądzie 500mA i napięciu 300V.
  • Moderator Projektowanie
    Henry(k) napisał:
    Radiator ten drugi wychodzi na to, że jest to profil A-4291

    On ma 1,1K/W ale dla wymiaru 165mm. To sobie przelicz.

    Dodano po 1 [minuty]:

    Henry(k) napisał:
    Tranzystor ma Power Dissipation 460W i mieszczę się w SOA przy prądzie 500mA i napięciu 300V.

    Mieścisz się? - a widzisz tam linię dla DC?
    Przecież wyraźnie pisałem.

    Dodano po 3 [minuty]:

    Henry(k) napisał:
    Nie za bardzo rozumiem co mi to da

    Ano, da to, że zmniejszysz prąd Id dwa czy trzy razy i każdy tranzystor pracowałby z 250mA/300V czy 170mA/300V. Będą mieć łatwiej? - będą. Ale nadal nie wiesz czy podołają, bo producent tego nie zapewnia. Tyle, że jest większa szansa na ich przeżycie.
  • Poziom 30  
    trymer01 napisał:
    Mieścisz się? - a widzisz tam linię dla DC?
    Przecież wyraźnie pisałem.


    Pisaliśmy razem ;)

    Czyli chodzi Ci o to, że tranzystor nie zdąży przekazać tej temperatury i Tj go zabije. Zacznę od 50W i potestuję jak to się zachowuje. W sumie 50W mi wystarczy (tak pamiętam co Bill Gates mówił :D )
  • Moderator Projektowanie
    Henry(k) napisał:
    Tranzystor ma Power Dissipation 460W

    Jeśli producent podaje Rthjc to parametr maxPd ma charakter wyłącznie marketingowy. Dobrze wygląda w katalogu.

    Dodano po 2 [minuty]:

    Henry(k) napisał:
    Czyli chodzi Ci o to, że tranzystor nie zdąży przekazać tej temperatury i Tj go zabije

    Niezupełnie, chodzi o t.zw. wtórne przebicie (efekt gorącej plamki) - jak pisałem wyżej. Poczytaj o tym, nie miały go pierwsze MOSFET-y (t.zw. lateral") i stąd do dzisiaj pokutuje mit, iż MOSFT-y są odporne na wtórne przebicie. To nieprawda.
    Moc 50W - bez problemu, zapewne nawet nadmuch nie będzie konieczny (na drugim radiatorze), ale wskazany.
  • Poziom 38  
    Tak z innej beczki
    Henry(k) napisał:
    ponieważ jest to w budowanym prostym zasilaczu służącym do testowego uruchamiania małych zasilaczy impulsowych

    nie lepiej byłoby zrobić względnie szybki wyłącznik elektroniczny ?
    Upieczesz dwie pieczenie na jednym ogniu - ochronisz tranzystor a przy okazji możesz sobie zapalić jakąś lampkę do sygnalizacji tego zwarcia.
    Te tranzystory to nie powinny być dwa (back to back), bo chyba masz zasilanie AC ?
  • Poziom 30  
    Takie coś realizuję:
    The Variable High Voltage Power Supply 0-300V

    Mam transformator 1:1 230V -> 230V/0.7A i za nim zasilam AC normalnie, ale zdarza się że uruchamiając jakiś zasilacz (bez PFC) daję mu najpierw DC.
    Do tej pory składałem w szereg regulowany 2x30V + 18V + 24V +.. ile tam trzeba było aby zaskoczył. Ale natknąłem się na ten artykuł i.. czemu nie.

    trymer01 napisał:
    Patrz na wykres Fig 8. Maximum Safe Operating Area str 4 datasheet - producent w ogóle nie zaznaczył pracy DC. To tranzystor tylko do pracy impulsowej,

    No tak, taki IXTK22N100L i z 700W zrobiło się w porywach 190W przy DC, gdzie jest dedykowany do liniowej. i 170zł sztuka :) No cóż. Jak pisałem 50W mi starczy.
  • Poziom 42  
    Przy takich napięciach i prądach, tym bardziej do testów zastosuj stabilizator równoległy. O moc strat głównie będzie się martwił rezystor szeregowy. A tego i chłodzić łatwo i temperatur się aż tak nie boi.
  • Poziom 38  
    Cóż, ja robiłem taki zasilacz na lampie PL504 i PCF82 jako sterującej (szczerze to słabo się nadaje, lepsze EF80 itp.) bo lampy nie mają w ogóle takich problemów jak wtórne przebicie
    Do tego są dosyć odporne na mocne przeciążenia trwające po kilka sekund. Małe przeciążenia(np. przekroczenie napięcia maksymalnego) mogą znosić godzinami lub dniami.
    Taki prąd można by uzyskać na 3-4 PL504 (zajechane 50% kosztują po 3.5zł) pod warunkiem posiadania ze 400-450V przed lampami.

    Natomiast jeśli chce kolega się bawić w takie rzeczy to czy nie lepiej spróbować zrobić zasilacz z ograniczeniem typu Foldback lub z ograniczeniem resetowalnym ?

    Pierwszy wariant ma "podcięcie" co powoduje iż prąd zwarcia jest niższy niż prąd maksymalny.
    Warto zajrzeć jak to zrobiono w nocie uA723.

    Drugi wariant po prostu z miejsca "odcina" sterowanie tranzystora poprzez np. zwarcie bramki/bazy do masy. Najczęściej realizowane przez tyrystor/triak odpowiednio wyzwalany przez układ mierzący prąd. Wystarczy rezystor w szeregu, tranzystor PNP (emiter oraz baza na rezystorze) oraz tyrystor(do bramki idzie kolektor tranzystora PNP) który zewrze bramkę do masy i w ten sposób całkowicie odetnie prąd z wyjścia.
    Reset poprzez zwarcie tyrystora przyciskiem.


    Do tego kolega trymer ma absolutną rację co do podziału na kilka tranzystorów.
    Tranzystory generalnie są tanie, tańsze niż aluminium na radiator. Lepiej dać kilka równolegle co znacznie poprawi wypadkowe SOA oraz obniży temperaturę indywidualnego tranzystora.
  • Poziom 30  
    trymer01 napisał:
    Mieścisz się? - a widzisz tam linię dla DC?


    Zacząłem przeglądać inne przydasie jakie mam.
    - 2SK1358 - SOA jest bardzo podobny do irfp32n50k. Dla punktu przecięcia Vds = 300V i impulsu 10ms oba mają Id=2A
    Ale 2SK1358 ma linię DC i dla 300V wartość Id=500mA. Więc jakoś sugeruje te granice prądu dla wspomnianego na początku IRF.
    Jest też fajny wykres mocy Pd od Tc i powiedzmy przy Tc=80° na obudowie mam Pd=80W Drain Power Dissipation. Podobnie w katalogu prezentuje się 2SK2607 czy 2SK2746 które mam. Czyli te 50W spokojnie realne.

    Fajniej za to wygląda 2SK1544: dla DC i Vds=300V mam Id=0.6A a dla Tc=80° wartość Pd=120W. Lub też KF13N60N odpowiednio jest id=0.7A niestety wykresu Pd brak ale Rthjc lepsze.

    Dobrze wnioskuję że te dwie archiwalne pozycje będą znacznie lepsze niż "ulotkowe" 460W dla IRF? (znaczy nie ciągnę do 150W tylko "pewniejsze" działanie dla tych 50W..60W).

    W lampy raczej nie będę szedł :D
    Równoległe łączenie w takim projekcie jak podlinkowałem również jakoś mi się nie widzi, nie wiem jak bym dwa takie tranzystory zbalansował...
  • Moderator Projektowanie
    Henry(k) napisał:
    Dobrze wnioskuję że te dwie archiwalne pozycje będą znacznie lepsze niż "ulotkowe" 460W dla IRF?

    Trudno powiedzieć.
    Podobno (wiem to z opinii innych osób) było tak, że obowiązywał mit o braku drugiego przebicia, więc dla MOSFET-ów podawano SOAR bez jego charakterystycznego "ścięcia" na końcu.
    Dlatego dla starych MOSFETów ok. 20 lat jego brak na wykresie - jak dla Twoich 2SK1358 i 2SK1544- oznacza że nie wiemy nic na ten temat: albo ma wtórne przebicie ale producent tego nie podał, albo rzeczywiście nie ma. To ostatnie jest wątpliwe, bo dzisiaj już wiadomo że na pewno MOSFET-y mają wtórne przebicie na pewno (albo zjawisko inne podobne w skutkach).
    Tak też było z bipolarnymi - dla stopowych wtórne nie występowało, w miarę zmian technologii (dyfuzyjna) pojawiał się niewielki efekt i było to niedostrzegane, dopiero w technologii epiplanarnej jest zmorą i w pełni zdano sobie z tego sprawę.
    Patrz na współczesny FDB3632 http://www.mouser.com/ds/2/149/FDB3632_F085-1007114.pdf - jak zakrzywione są linie przy wyższych napięciach, przy 100V dla DC zrobiło się 20W - z nominalnych 310W. Tu można założyć że producent podaje prawdziwe dane, ale chyba nie jest tak, że kiedyś MOSFET-y były lepsze a teraz są gorsze.
  • Poziom 43  
    Producenci piszą że wraz z udoskonalaniem technologii MOSFET'ów w kierunku najniższego Rds(on) (większość aplikacji wymaga pracy jako klucz) rośnie też transkonduktancja (nasycenie charakterystyki), a punkt zerowego współczynnika temperaturowego (punkt przecięcia krzywych poniżej) przesuwa się w zakres coraz wyższych prądów:
    Radiator do tranzystora - który będzie wydajniejszy?
    Skutek tego jest taki że przy zadanym Ugs wzrost temperatury powoduje wzrost prądu, a im nowszy tranzystor tym bardziej nasilony ten efekt, działa to zarówno w skali makro, nie można połączyć kilku tranzystorów równolegle, jak i mikro - najcieplejszy punkt na strukturze będzie brał coraz większy prąd na siebie, grzejąc się coraz bardziej - to jest niestabilność termiczna która może doprowadzić do uszkodzenia.

    Jest kilka not aplikacyjnych o pracy MOSFET'ów w zakresie liniowym, generalnie zalecają tranzystory w starszych technologiach i ze sporym zapasem Uds, albo specjalne które mają podane SOA dla DC, choć nie każdy producent ma je w swojej ofercie.
  • Moderator Projektowanie
    Henry(k) napisał:
    Równoległe łączenie w takim projekcie jak podlinkowałem również jakoś mi się nie widzi, nie wiem jak bym dwa takie tranzystory zbalansował...

    Tu można by pomyśleć o szeregowym łączeniu - kiedyś to praktykowano, gdy brakowało tranzystorów (mowa o BJT) o wysokim Uce.
  • Specjalista elektronik
    Myślę, że występowanie wtórnego przebicia zależy od tego, czy wzrost temperatury powoduje wzrost (wtedy jest wtórne przebicie), czy spadek prądu (wtedy go nie ma) - dla MOSFET-ów zwykle spadek, z wyjątkiem zakresu małych prądów, dla nich jest wzrost. Przy wysokim napięciu dren-źródło może być tak, że przy maksymalnym prądzie dopuszczalnym ze względu na ograniczenie mocy (ale na strukturze, nie na radiatorze - tak, jakby był idealny radiator) wzrost temperatury jeszcze powoduje wzrost prądu - wtedy może wystąpić drugie przebicie.
  • Moderator Projektowanie
    _jta_ napisał:
    Myślę, że występowanie wtórnego przebicia zależy od tego, czy wzrost temperatury powoduje wzrost (wtedy jest wtórne przebicie), czy spadek prądu (wtedy go nie ma)

    To o czym piszesz to "thermal runaway".
    Natomiast wtórne przebicie to (w rozumieniu zjawiska w BJT) efekt "gorącej plamki" - niejednorodność materiału złącza powoduje zróżnicowanie gęstości prądu i miejscowe przegrzanie struktury.
    Thermal runaway zwykle prowadzi do wtórnego przebicia, bo prąd osiąga wartości niedopuszczalne przy danym napięciu, ale to nie jest przyczyna, a na pewno nie jedyna, bo i bez thermal runaway może dojść do wtórnego przebicia.
    _jta_ napisał:
    dla MOSFET-ów zwykle spadek, z wyjątkiem zakresu małych prądów

    Dla współczesnych MOSFEt-ów ZTC leży tak wysoko, że praktycznie poza obszarem użytecznym - patrz np. wykres w poście nr 15 (więc trudno mówić o małych prądach).
    Np. patrz Figure 2 https://www.tme.eu/Document/790af893643f4286af7a6335f1ee65cf/AOB2500L.pdf - to tranzystor o Idmax=150A (teoretycznie), realnie - rzędu 40A, a wykres pokazuje tylko do 100A i ZTC na nim nie widać. Ekstrapolując wykres - to ZTC nastąpi dla Id= ok. 200A ? - czyli nigdy.
    Tak więc dla współczesnych MOSFET-ów wzrost temp. powoduje wzrost Id.
  • Poziom 30  
    Ok, Panowie, ale spójrzmy na ten schemat który chcę zrealizować, z podlinkowanego artykułu "The Variable High Voltage Power Supply 0-300V " z postu #9.

    Do ilu ten prąd Id wzrośnie w przypadku zwarcia na wyjściu?
    I czy w związku z tym ma to jakieś znaczenie?
  • Poziom 38  
    W przypadku tego projektu prąd jest limitowany przez R2 oraz Q2.
    Prąd ograniczenia wynosi w przybliżeniu I=0.65V/R2, dla 3.3Ω będzie ok.200mA.

    Aby mieć 500mA trzeba rezystancję obniżyć do ok.1.2Ω.

    Ale musi wpierw kolega zrobić końcówkę która tyle wytrzyma.

    Proponowany w artykule IRF740 będzie w stanie wytrzymać te 200mA ale "tak sobie". Charakterystyka DC (nota Fairchild) wskazuje iż przy 300V można przepuścić prąd ok.400mA. To jest 120W czyli moc maksymalna której to tranzystor raczej nie wytrzyma.
    Trzy IRF740 z rezystorami wyrównawczymi(wyrównanie prądów) powinny dać sobie radę.
  • Poziom 30  
    Ostatecznie użyję wyciągnięty z "przydasi" tranzystor Toshiba 2SK1544 i ograniczam prąd do max 300mA. Radiator A-4291 czerniony L=95mm.