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]

Начал собирать "Улучшенная схема электронной нагрузки с плавной регулировкой тока" (http://electro-tehnyk.narod.ru/docs/nagruzka.htm).

Это не очень хорошая схема.
Мощные полевики обеспечивают заявленные мощностные параметры только в режиме полного открытия.
Дело в том, что они состоят из множества параллельных мелких ячеек. Параметры этих ячеек не могут быть абсолютно одинаковыми.
Поэтому в промежуточном режиме некоторые ячейки оказываются открыты больше, некоторые - меньше. Те, которые открыты больше - первые кандидаты на выгорание, потому что основной ток идет именно через них, и они могут локально нагреться значительно больше, чем другие и чем кристалл в целом. (Биполярные транзисторы подобной проблемы не имеют.)

Я очень сильно сомневаюсь, что одиночный транзистор, каков бы он ни был, может выдержать тепловую мощность 150 Вт.
Я делал схему на подобном принципе стабилизации тока, но у меня было тепловой мощности только 40 Вт и я использовал полевики в корпусе ТО-3, то есть в полнометаллическом, и их привертывал на термопасте, чертовски дорогие. В процессе наладки сгорело 5 или 6 штук.

10 ампер - это довольно большой ток. На таком не исключен возбуд схемы. Будьте к этому внимательны.

[shurshik]

Мощные полевики обеспечивают заявленные мощностные параметры только в режиме полного открытия.
Дело в том, что они состоят из множества параллельных мелких ячеек. Параметры этих ячеек не могут быть абсолютно одинаковыми.

Это не знал, интересно.

Тогда подскажите сколько реально можно рассеивать на одном IRF3205? В документации указана предельная мощность 200 Вт.

По поводу охлаждения - в статье написано так: ".. При изготовлении теплоотвода в виде пластины его площадь должна быть не менее 100....150 см2 на 10 Вт рассеиваемой мощности".
У меня есть кулер GlacialTech Igloo 2420, его термическое сопротивление 0,59 °С/ВТ. Можно использовать его, но вообще интересно как рассчитываются радиаторы для мощностей больше 50 Вт.

[Меджикивис]

подскажите сколько реально можно рассеивать на одном IRF3205?

А в каком он корпусе? Вероятно ТО-247?

Я скажу исходя просто из опыта, без подсчетов, "на глазок". При условии хорошего теплового контакта с радиатором, корпус ТО-220 можно нагрузить приблизительно на 15 Ватт;
ТО-247 - 30 .. 40 Ватт,
ТО-3 - около 50 (но это корпус старых транзисторов, там сам кристалл может не потянуть столько).

В документации указана предельная мощность 200 Вт.

Обратите внимание.
В советской документации "максимальный режим" - это режим, на котором элемент может гарантированно работать и не выйдет из строя.
А для импортных элементов "максимальный режим" - это при котором он гарантированно грохнется.
Так что для нормальной работы любой импортный элемент должен быть недогружен примерно в полтора раза (а лучше в два).
Рекламные ухищрения... Вроде правда написана; а на деле - только для специальных условий, в реале-то всё не так круто.

Наши китайские братья грузят элементы гораздо более жестко, практически под завязку, но им это выгодно: больше сгорит - больше продадут взамен...

[Herz]

Почему получается отрицательное сопротивление?

Потому что величины взяты нереалистичными. Суммарное тепловое сопротивление RJA - это то максимальное сопротивление, которое нужно обеспечить на участке кристалл - среда при желаемой мощности. Как видно из справочных данных, сумма сопротивлений корпус-радиатор и радиатор-среда уже выше этого предела, так что невозможно будет обеспечить такое охлаждение.

[shurshik]

А в каком он корпусе? Вероятно ТО-247?

Он в корпусе TO-220AB.

[Меджикивис]

Он в корпусе TO-220AB.

Ууууу.... Двадцать ватт с очень хорошим кулером и нешуточным риском.

"AB" - это с тонкой подложкой, то есть из корпуса медь всю  спи  сэкономили...
За ушко прикручивать бесполезно, надо прижимать сверху каким-нибудь хомутиком.

[shurshik]

Как видно из справочных данных, сумма сопротивлений корпус-радиатор и радиатор-среда уже выше этого предела, так что невозможно будет обеспечить такое охлаждение.

Тогда преобразуем формулу для поиска максимально допустимой рассеиваемой мощности:

P = (Tj - Ta)/(Rsa + Rjc + Rcs) = (100 - 40)/(0,59 + 0,75 + 0,5) = 32,6 Вт

Если увеличить допустимую температуру до 150 °С (в документации к IRF3205 максимально допустимая температура 175 °С), то выходит 59,8 Вт.
Правильно ли я вас понял?

[Меджикивис]

У меня была задача сделать эквивалент нагрузки 200 Вт.
Единственное, что пошло реально - это матрица 10-ваттных резисторов 1-2-4-8..., коммутируемых полевиками. И задавал величину в цифровом виде.
Так что грелись - резисторы, и они тоже были на здоровенном теплоотводе.
А гасить такие мощности на транзисторе - не есть хорошая идея.

[wim]

сколько реально можно рассеивать на одном IRF3205?

Он вообще-то не предназначен для такого режима. Смотрите график SOA - рис. 8 в даташите. Для 150 Вт нужно использовать что-то типа IRFB4110, а еще лучше IXYS - у них область безопасной работы пошире.

[shurshik]

Он вообще-то не предназначен для такого режима. Смотрите график SOA - рис. 8 в даташите. Для 150 Вт нужно использовать что-то типа IRFB4110, а еще лучше IXYS - у них область безопасной работы пошире.

SOA дан для импульсного режима работы. У меня же линейный режим. Для IRFB4110 на SOA дан график работы в DC и он почти совпадает с линией 10 ms. Если проводить аналогии, то при нагрузке в 40-50 Вт работать должен.

Сообщение отредактировал shurshik - Jul 28 2016, 09:48

[wim]

SOA дан для импульсного режима работы. У меня же линейный режим.

SOA дается для всех режимов работы, но у IRF3205 режим постоянного тока не нормируется.

Если проводить аналогии, то при нагрузке в 40-50 Вт работать должен.

А чего ж так слабо - 50 Вт? Проводить аналогии - так уж на все 150. Однако, Вы, наверное, интуитивно понимаете, что аналогии тут неуместны.

[HardEgor]

SOA дан для импульсного режима работы. У меня же линейный режим. Для IRFB4110 на SOA дан график работы в DC и он почти совпадает с линией 10 ms.

DC это и есть линейный режим.
Аналогии проводит не надо. Надо понимать, что по SOA для IRFB4110 на DC, если на транзисторе падает например 10В, то ток не должен превышать 30А - это условия пробоя.

[Plain]

для полевого транзистора IRF3205 ... хочется добиться рассеиваемой мощности 150 Вт

Если и в самом деле хочется решить задачу, то забудьте про эти понты с полевыми транзисторами в линейном режиме вообще, и про спорт по нагибанию единственного такого бедолаги в частности, и сделайте схему, как прочий народ её отродясь делал и горя не знал, а именно, на кучке биполярных транзисторов по топологии параллельно включённых классических источников тока, т.е. по ОУ на каждый, к примеру, 8 шт. таких составных и 2 шт. таких ОУ им в комплект, в качестве датчиков тока 100 мОм — сложенные пополам и скрученные отрезки обыкновенного провода, если из готовых — типа таких.

Итого, каждому транзистору достаются очень демократичные менее 20 Вт и нет никаких проблем с их выравнивниванием между собратьями.

[V_N]

Мощные полевики обеспечивают заявленные мощностные параметры только в режиме полного открытия.
Дело в том, что они состоят из множества параллельных мелких ячеек. Параметры этих ячеек не могут быть абсолютно одинаковыми.
Поэтому в промежуточном режиме некоторые ячейки оказываются открыты больше, некоторые - меньше. Те, которые открыты больше - первые кандидаты на выгорание, потому что основной ток идет именно через них, и они могут локально нагреться значительно больше, чем другие и чем кристалл в целом. (Биполярные транзисторы подобной проблемы не имеют.)

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 .