Nagrzewanie tranzystorów bipolarnych - jak to wygląda?

Witam,

Jak to jest z pojawianiem się ciepła w tranzystorach?
W tranzystorze MOSFET prąd płynący przez tranzystor nagrzewa krzem z powodu znanej rezystancji kanału tranzystora. I tu sprawa jest chyba(?) prosta.

Jak to jest w przypadku tranzystora bipolarnego?

Pozdrawiam.

rafalek_93 napisał:

Jak to jest w przypadku tranzystora bipolarnego?

W tranzystorze bipolarnym podawany jest jeszcze Uf-czyli napięcie przewodzenia w zależności od płynącego prądu, na tej podstawie wyliczysz
straty. W każdym elemencie występują jakieś spadki mocy ( mniejsze i większe, zależnie od budowy ), i to powoduje powstawanie ciepła.

Możesz dokładniej wytłumaczyć jak to policzyć dla określonego napięcia Uf?

Z noty katalogowej odczytujesz Uf ( czy Usat, dla pracy jako klucz ), dla danego prądu. Czyli np Uf=1,2V dla 5A, i resztę z prawa Ohma; P=IxU co daje 1,2x5=6W strat. Tranzystory MOSFET są o tyle lepsze, że bardzo niska rezystancja włączonego kanału daje o rząd wielkości mniejsze straty. Tam gdzie bipolarny potrzebuje solidnego radiatora, MOSFET nie ma go wcale.

Jak to jest np. w MOSFET (0,5ohma), jeśli na wejściu mamy 30V i podajemy PWM 20% to jaka moc wydzieli się na tranzystorze?

rafalek_93 napisał:

na wejściu mamy 30V

Prąd jest ważny, napięcie to sprawa drugorzędna.

rafalek_93 napisał:

podajemy PWM 20% to jaka moc wydzieli się na tranzystorze?

Nigdy w ten sposób nie liczyłem, zawsze brałem PWM 100% (tranzystor włączony na stałe). Jeśli jest ok. (nie przekroczona moc strat), to i przy niższym wypełnieniu będzie ok.

Oprócz strat na rezystancji w mosfetach są jeszcze straty dynamiczne. Opisałem je tutaj:
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3474295.html

Przy pewnych częstotliwościach (ciężko podać jakąś sensowną granicę tej częstotliwości) to starty dynamiczne będę przeważające. Nie wiem jak tranzystorów bipolarnych, nie używam więc nie analizowałem nigdy.

Wiem, że prąd nagrzewa, ale wartość prądu zapewne zależy od przyłożonego napięcia.

Ale jaka moc będzie wydzielana przy stałym PWM dla MOSFETa?

Nie podpinamy klucza bez dodatkowego obciążenia, więc prąd możesz policzyć z prawa Ohma. Straty dynamiczne zależą od charakteru obciążenia (rezystancyjna, indukcyjna czy pojemnościowa) a dokładniej jaka będzie wartość prądu podczas komutacji (przełączania się klucza).

Więc moc na mosfecie będzie to suma strat na rezystancji + stratach dynamicznych.

_lazor_ napisał:

na mosfecie będzie to suma strat na rezystancji + stratach dynamicznych

Rzadko kiedy w amatorskich konstrukcjach bierze się pod uwagę straty dynamiczne. Prościej przewymiarować tranzystor/y.

rafalek_93 napisał:

Jak to jest np. w MOSFET (0,5ohma), jeśli na wejściu mamy 30V i podajemy PWM 20% to jaka moc wydzieli się na tranzystorze?

Jak obciążenie pobierze 1A to w tranzystorze wydzieli się 0,5W przy PWM 100% i 0,1W przy PWM 20%. Przy 20A w takim tranzystorze wydzieli się 200W przy PWM 100% i 40W przy PWM 20%.

Moc strat na rezystancji Rds(on) to iloczyn kwadratu prądu i rezystancji.

Rds(on) rośnie z temperaturą, przy 150st może być 2x większe o tym trzeba pamiętać.

Nie liczyłem oczywiście strat przełączania, te zależą od napięcia, prądu, charakteru obciążenia i tego jak długo trwa przełączanie w stosunku do okresu przebiegu kluczującego.

Tranzystor bipolarny ma napięcie nasycenia, które zależy od prądu (przykład dla BD911)

Iloczyn tego napięcia i prądu określa straty mocy.
Tranzystor bipolarny ma wadę jaką jest powolne wychodzenie z nasycenia, co utrudnia szybkie przełączanie, w niskonapięciowych układach kluczujących tranzystory bipolarne zostały prawie całkowicie wyparte przez MOSFETy (lepsza szybkość, mniejsze straty), w energoelektronice przy kilkuset woltach popularne są IGBT to jest hybryda bipolarnego i MOSFETa, nie są tak szybkie jak MOSFETy, ale napięcie nasycenia niewiele zależy od prądu i przy kilkudziesięciu amperach straty w IGBT są mniejsze niż w MOSFETach.

@ArturAVS Ignorowanie zagadnienia nie jest rozwiązaniem na problem. Rozwiązania amatorskie idą pomału w dziesiątki kHz, a tam zawsze będzie miało to już znaczenie. A na pytanie jakie są źródła strat na mosfetach, odpowiedź powinna być pełna, inaczej będziemy mieć nadal społeczność użytkowników liczących transformatory impulsowe ze archaicznego wzoru na transformatory sieciowe czy ludzi co nadal mówią o zerowaniu gniazdek...

_lazor_ napisał:

@ArturAVS Ignorancja nie jest rozwiązaniem na problemy

Stwierdziłem fakt. Komu się będzie chciało analizować straty dynamiczne przy prostym PWM do regulacji małego silnika, czy sterowania LED? Z resztą całkowicie się zgadzam.

ArturAVS napisał:

Rzadko kiedy w amatorskich konstrukcjach bierze się pod uwagę straty dynamiczne. Prościej przewymiarować tranzystor/y.

Większe tranzystory większe Qgs, wolniejsze przełączanie, większe straty dynamiczne

W kwestii strat dynamicznych widzę dwa podejścia, ludzi którzy nic nie wiedzą i połączają bramkę wprost do uC potem dziwią się że sie grzeje. oraz tych którzy słyszeli że coś takiego jest i wydaje się im że szybciej=lepiej, wiec dają TC4422 bez rezystora, co małego MOSFETa o Qgs rzędu 50nC przeładuje w 5ns. A że radio przestało grać, kogo to obchodzi

rafalek_93 napisał:

Jak to jest np. w MOSFET (0,5ohma), jeśli na wejściu mamy 30V i podajemy PWM 20% to jaka moc wydzieli się na tranzystorze?

Zauważ, rezystancja MOSFETA 0,5Ω to jest zwarcie.
Nie podłącza się bezpośredno "zwarcia" do źrodeł napiecia.

rafalek_93 napisał:

Wiem, że prąd nagrzewa, ale wartość prądu zapewne zależy od przyłożonego napięcia.

Nie prąd nagrzewa ale wydzielona moc.
Klucze tranzystorowe maja małą rezystncje więc sterujemy je prądem.
Wymuszamy prąd w tranzystorze, nie napięcie na tranzystorze.
Elementem wymuszającym prąd jest rezystancja obciążenia.

Sam Ben-Yaakov wrzucił jakiś czas temu super materiał o stratach dynamicznych i wpływu dobrania Rg na te straty:



Bardzo dobrze wyjaśnił dlaczego warto używać dwóch wartości Rg na ładowanie i rozładowywanie bramki oraz jaki to ma wpływ na straty wydzielane na kluczu.

Awyrdonyt napisał:

Moc wydzielana w odbiorniku prądu stałego wynosi:

Temat brzmi : "Nagrzewanie się tranzystorów:"
Tranzystor w temacie nie jest odbiornikiem tylko wyłącznikiem.

Awyrdonyt napisał:

Jako odbiornik może być żarówka, rezystor, dioda, dioda zenera lub tranzystor.

Zwłaszcza, że dioda, dioda zenera lub tranzystor nie posiadają parametru takiego jak rezystancja.
Więc niech kolega nie miesza w głowie autorowi tematu.

rafalek_93 napisał:

Jak to jest w przypadku tranzystora bipolarnego?

Tak samo,też prąd nagrzewa krzem.
Tranzystory bipolarne są krzemowe.