Расчет радиатора Опции

[shurshik]

Здравствуйте!
Начал собирать "Улучшенная схема электронной нагрузки с плавной регулировкой тока" (http://electro-tehnyk.narod.ru/docs/nagruzka.htm).
Пытаюсь рассчитать радиатор для полевого транзистора IRF3205. Считаю по методике, описанной http://www.diagram.com.ua/list/elektriku/elektriku369.shtml и в книге Семёнов Б. Ю. Силовая электроника, от простого к сложному.
В своей конструкции хочется добиться рассеиваемой мощности 150 Вт на IRF3205. Ток через транзистор до 10 А, напряжение до 30 В (соответственно с корректировкой на 150 Вт).
Ищу тепловое сопротивление радиатор-среда по формуле
Rsa = (Tj - Ta)/P - Rjc - Rcs
где:
Tj - максимально допустимая температура кристалла, °С
Ta - максимально допустимая температура окружающей среды радиатора, °С
P - рассеивая на транзисторе мощность, Вт
Rjc - тепловое сопротивление кристалл-корпус, °С/Вт - берем из описания IRF3205
Rcs - тепловое сопротивление корпус-радиатор, °С/Вт - берем из описания IRF3205

Rsa = (100 - 40)/150 - 0,75 - 0,5 = -0,783 °С/Вт

Почему получается отрицательное сопротивление?

[Меджикивис]

На самом деле в мощных полевиках благодаря положительному температурному коэффициенту сопротивления сток — исток происходит частичное выравнивание токов через параллельно соединенные каналы, и дополнительные элементы для равномерного распределения нагрузки не используются. В биполярных наоборот и при параллельном соединении последних устанавливают выравнивающие резисторы .

Ага, я тоже думал так. И так пишут. Но это только, опять же, в режиме полного открытия, когда напряжение затвора уже безразлично, то собственное остаточное сопротивление канала да, растет с температурой.
А на линейном участке с температурой увеличивается еще и крутизна характеристики; в результате, с разогревом, при том же самом напряжении на затворе, канал открывается больше, и этот эффект во много раз превышает прирост его собственного сопротивления.
Так что, на линейном участке, более разогретые ячейки, разогреваясь, открываются еще сильнее; с очевидным результатом.

Двадцать ватт с очень хорошим кулером и нешуточным риском.

Впрочем... Кажется я знаю один способ.
Транзистор надо прямо его донышком припаять к толстой медной пластине. (Когда не под напряжением, такие транзисторы можно разогревать целиком до температуры плавления припоя).
Напаянный наверное можно будет догнать ватт до тридцати, если холодить хорошо.

Но все-таки, по-моему прав Plain: такое дело - изврат, откровенно говоря.

[Herz]

Правильно ли я вас понял?

Да, правильно. Но эти предельные значения всё равно обеспечить трудно на практике. Разве только жидкостным охлаждением.

На самом деле в мощных полевиках благодаря положительному температурному коэффициенту сопротивления сток — исток происходит частичное выравнивание токов через параллельно соединенные каналы, и дополнительные элементы для равномерного распределения нагрузки не используются. В биполярных наоборот и при параллельном соединении последних устанавливают выравнивающие резисторы .

Совершенно верно.

Так что, на линейном участке, более разогретые ячейки, разогреваясь, открываются еще сильнее; с очевидным результатом.

Ничего не понял. Очевидный результат - снижение сопротивления, следовательно - падения напряжения, следовательно - рассеиваемой мощности. Где противоречие?

[Меджикивис]

Очевидный результат - снижение сопротивления, следовательно - падения напряжения, следовательно - рассеиваемой мощности. Где противоречие?

Примо.
Ячейки соединены параллельно. При уменьшении сопротивления одной из них, ток через нее увеличивается, перераспределяясь из соседних. При этом ячейка разогревается, за счет разгрузки остальных. Это если цепь запитана от источника тока. Опасность локального перегрева.
Но в подавляющем большинстве - как и в рассматриваемом в теме случае - цепь запитана от источника напряжения, а ток в ней задается как раз транзистором. Этот случай еще хуже: ток увеличивается в целом, без разгрузки соседних ячеек. Джоулева мощность, соответственно, обратно пропорциональна сопротивлению.

Секундо.
Если выше Вы согласились, что увеличение сопротивления с температурой выравнивает нагрузку, то уменьшение сопротивления при нагреве - должно приводить к обратному результату.

[wim]

Где противоречие?

В линейном режиме у МОП-транзисторов возможен тепловой разгон. Поэтому в честных даташитах на графике SOA показан участок, идущий круто вниз.
http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-1155.pdf
http://www.ixys.com/Documents/Articles/Art...wer_MOSFETs.pdf
На самом деле ничего страшного - надо просто держаться от него подальше.

[Меджикивис]

В линейном режиме у МОП-транзисторов возможен тепловой разгон. Поэтому в честных даташитах на графике SOA показан участок, идущий круто вниз.
http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-1155.pdf
http://www.ixys.com/Documents/Articles/Art...wer_MOSFETs.pdf
На самом деле ничего страшного - надо просто держаться от него подальше.

Это при постоянном напряжении на затворе. Однако в схеме стабилизатора тока тепловой разгон невозможен в принципе, поскольку ОУ контролирует ток и сбросит напряжение на затворе.
Речь идет именно о локальном разгоне отдельных ячеек, чего нельзя скомпенсировать извне, поскольку вывод затвора у всех общий.

[wim]

в схеме стабилизатора тока тепловой разгон невозможен в принципе, поскольку ОУ контролирует ток и сбросит напряжение на затворе.

Я так понимаю, Вы советуете автору делать нагрузку на 150 Вт на IRF3205? Ну, если разгона нет, так чего бояться ...
А я посоветовал бы автору включать нагрузку дистанционно, из надежного укрытия, а то ведь у TO-220 иногда крышки отстреливаются.

[Guest_TSerg_*]

ПЭВ-30..100 - наше все + коммутация мосфетами.

Эл. нагрузка на 1 кВт (коммутация мосфетами 1-2-4-8):

[Меджикивис]

Я так понимаю, Вы советуете автору делать нагрузку на 150 Вт на IRF3205?

Нет, не советую. Советую внимательнее прочесть тему.

[wim]

Советую

Мне? Вот моя нагрузка 300 Вт на одном IXYS. Работает на постоянном токе и в импульсном режиме. Вы что-нибудь можете предъявить в подтверждение невозможности теплового разгона в источнике тока?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Меджикивис]

Вот моя нагрузка 300 Вт на одном IXYS.

Это не нагрузка, а график. А вот на фотку девайса я бы посмотрел с интересом, особенно транзистор на радиаторе.

[wim]

на фотку девайса я бы посмотрел с интересом, особенно транзистор на радиаторе.

Да ничего особенного - ребристый медный радиатор с мощным вентилятором. Но можно и на дюралевом радиаторе и "обычных" МОП-транзисторах.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Ilya_NSK]

Позвольте реплику по поводу радиаторов и корпусов ТО220 без всяких расчётов и без претензий на истину. Имею положительный опыт крепления корпусов ТО220 к основному радиатору при помощи ещё одного радиатора. Т.е. металлическое "ушко" транзистора не используется, а транзистор зажимается между двумя радиаторами. При этом второй радиатор, субъективно, тоже существенно участвует в охлаждении. Правда, как мне кажется, есть теоретическая опасность того, что при тепловом расширении корпус транзистора может быть раздавлен. Но это лишь предположение, а чтобы узнать точно - без сопромата не обойтись

[Guest_TSerg_*]

а транзистор зажимается между двумя радиаторами.

Чушики. Тепловое сопротивление несоизмеримо, если только не "пилить" до кристалла.

[wim]

второй радиатор, субъективно, тоже существенно участвует в охлаждении.

ПМСМ, за счет прижима уменьшилось тепловое сопротивление. Контрольная проверка - прижим делается не из металла, а, например, из толстого оргстекла.

[Guest_TSerg_*]

ПМСМ, за счет прижима уменьшилось тепловое сопротивление. Контрольная проверка - прижим делается не из металла, а, например, из толстого оргстекла.

Так во многих "правильных" радиаторах прижим делается не винтом, а пружинной накладкой на корпус.
Винт - лишь для позиционирования + доп. прижим.

Примеры ( кетайские, но показательные):