Мощность рассеивания транзистора: как рассчитать и учесть при проектировании схем

Как определить мощность рассеивания транзистора. Какие параметры учитывать при выборе транзистора по мощности. Как рассчитать тепловыделение транзистора в схеме. Способы снижения нагрева транзисторов в электронных устройствах.

Что такое мощность рассеивания транзистора

Мощность рассеивания транзистора — это количество электрической энергии, которое преобразуется в тепло при работе транзистора. Она определяется произведением напряжения на транзисторе и тока через него:

P = U * I

где:

• P — мощность рассеивания (Вт)
• U — напряжение на транзисторе (В)
• I — ток через транзистор (А)

Мощность рассеивания является важным параметром, определяющим нагрев транзистора и его надежность. Превышение максимально допустимой мощности рассеивания может привести к выходу транзистора из строя.

Как определить максимальную мощность рассеивания транзистора

Максимальная мощность рассеивания указывается в технической документации на транзистор. Она зависит от следующих факторов:

• Конструкции и размеров корпуса транзистора
• Максимально допустимой температуры полупроводникового кристалла
• Теплового сопротивления между кристаллом и корпусом
• Способа охлаждения транзистора

Для определения максимальной мощности рассеивания конкретного транзистора нужно обратиться к его даташиту. Там указывается значение Ptot (total power dissipation) для разных условий охлаждения.

Расчет фактической мощности рассеивания в схеме

При работе транзистора в реальной схеме его мощность рассеивания зависит от режима работы. Рассмотрим основные случаи:

Ключевой режим

В ключевом режиме транзистор работает как переключатель — либо полностью открыт, либо закрыт. Мощность рассеивания в открытом состоянии:

P = Uост * Iк

где Uост — остаточное напряжение на открытом транзисторе, Iк — ток коллектора.

Линейный режим

В линейном режиме транзистор работает как усилитель. Мощность рассеивания:

P = (Uп — Uвых) * Iк

где Uп — напряжение питания, Uвых — выходное напряжение.

Способы снижения мощности рассеивания транзистора

Для уменьшения нагрева транзистора и повышения надежности схемы применяются следующие методы:

• Использование радиатора для отвода тепла
• Выбор транзистора с большим запасом по мощности
• Применение схем с параллельным включением транзисторов
• Использование импульсных режимов работы
• Оптимизация режима работы транзистора

Правильный расчет и учет мощности рассеивания позволяет создавать надежные и долговечные электронные устройства на транзисторах.

Влияние температуры на параметры транзистора

Повышение температуры транзистора приводит к изменению его характеристик и параметров:

• Уменьшается коэффициент усиления по току
• Увеличивается обратный ток коллекторного перехода
• Снижается пробивное напряжение
• Возрастают токи утечки

Поэтому очень важно обеспечить эффективный отвод тепла от транзистора, чтобы его температура не превышала максимально допустимую.

Расчет теплового режима транзистора

Для оценки теплового режима транзистора используется следующая формула:

Tj = Ta + P * Rja

где:

• Tj — температура перехода транзистора
• Ta — температура окружающей среды
• P — мощность рассеивания
• Rja — тепловое сопротивление переход-окружающая среда

Тепловое сопротивление Rja зависит от способа охлаждения транзистора и указывается в документации. Зная мощность рассеивания и температуру окружающей среды, можно рассчитать температуру перехода и убедиться, что она не превышает максимально допустимую.

Выбор транзистора по мощности рассеивания

При выборе транзистора для конкретной схемы нужно учитывать следующие рекомендации:

• Максимальная мощность рассеивания транзистора должна быть в 1.5-2 раза больше расчетной
• Необходимо обеспечить эффективный теплоотвод, если мощность рассеивания превышает 1 Вт
• Для мощных схем лучше использовать транзисторы в корпусах с низким тепловым сопротивлением
• При работе в ключевом режиме важно учитывать импульсную мощность рассеивания

Правильный выбор транзистора с учетом мощности рассеивания позволяет создать надежное и долговечное устройство.

Практические рекомендации по снижению нагрева транзисторов

Для уменьшения нагрева транзисторов в электронных схемах рекомендуется применять следующие меры:

• Устанавливать транзисторы на радиаторы достаточной площади
• Использовать теплопроводящие пасты между транзистором и радиатором
• Обеспечивать хорошую вентиляцию устройства
• Применять принудительное воздушное или жидкостное охлаждение для мощных схем
• Оптимизировать режим работы транзистора для снижения рассеиваемой мощности
• Использовать транзисторы с низким тепловым сопротивлением

Комплексное применение этих мер позволяет значительно снизить нагрев транзисторов и повысить надежность электронных устройств.

Что такое мощность рассеивания транзистора

Создавая свою схему, чтобы избежать задачи выбора транзистора, можно остановиться на решении — возьму самый мощный транзистор. Вот так выглядит это решение:. На что же следует обратить внимание при выборе транзистора для своей схемы В первую очередь на допустимый ток коллектора, допустимое напряжение на коллекторе, допустимую мощность рассеивания Выбирая транзистор , вы точно знаете, какое устройство вы создаёте, его назначение Оно определит, в какой группе транзисторов следует искать нужный: низкочастотные, высокочастотные, сверхвысокочастотные. Что происходит с полупроводниковым прибором, если напряжение на нём превосходит предельно допустимое Рассмотрим диод при обратном включении. Картинка на экране осциллографа не очень показательна, поэтому рядом вид, который даёт обозреватель графиков Когда напряжение превышает предельно допустимое, ток начинает резко возрастать, увеличивается мощность рассеивания, диод выходит из строя Аналогичные процессы происходят и у транзистора.

Поиск данных по Вашему запросу:

Что такое мощность рассеивания транзистора

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Основные параметры транзистора
• Мощность, рассеиваемая на транзисторе
• Параметры и корпуса биполярных транзисторов
• Транзисторы для начинающих
• Онлайн расчёт площади радиаторов для транзисторов и микросхем.
• 2. Предварительный расчет

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: BS170 — Nкан транзистор от Fairchild

Основные параметры транзистора

В усилительных каскадах передатчиков, чтобы исключить возможность самовозбуждения, обычно, используют транзисторы не имеющие большого запаса по граничной частоте и рассеиваемой мощности. При выборе транзистора, чаще всего, задаются следующими условиями:.

В качестве активного элемента в выходном каскаде будем использовать кремниевый мезапланарный n-p-n транзистор КТВ. Параметры транзисторов взяты в соответствии c [7] Можно выделить следующие его характеристики:.

Выбранный транзистор обеспечит запас по мощности более чем в два раза. Другими словами, выбранный транзистор удовлетворяет условию 2. Расчет выполнен в соответствии с [1]. Следовательно, мощность, которую необходимо подать на вход этого каскада, составляет:.

Как видно из предыдущего пункта предоконечный каскад должен развить выходную мощность в 4,4Вт. Схема предоконечного каскада приведена на рис 5. В качестве активного элемента выбираем кремниевый мезапланарный n-p-n транзистор КТ Б. Приведем характеристики этого транзистора:. Как видно из предыдущего пункта усилитель мощности должен развить выходную мощность в 1,84Вт. Схема усилителя мощности приведена на рис 5.

Учитывая, что коэффициент передачи по току на рабочей частоте равен определим максимальный базовый ток:. Далее определим характерные для этого транзистора частоты:. Файловый архив студентов. Логин: Пароль: Забыли пароль? Email: Логин: Пароль: Принимаю пользовательское соглашение.

FAQ Обратная связь Вопросы и предложения. Добавил: Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам. Скачиваний: Оконечный каскад. Эмиттерный повторитель.

Расчет колебательной системы оконечного каскада. Предварительный расчет 2. Определим выходную мощность оконечного каскада по следующей формуле:. При выборе транзистора, чаще всего, задаются следующими условиями: где f 0 — рабочая частота, f Т — граничная частота передачи тока по схеме с общим эмиттером, Р К. Принципиальная схема каскада представлена на Рис 2. Рис 2.

Принципиальная схема оконечного каскада. Расчет выполнен в соответствии с [1] Тогда коэффициент усиления найдем по формуле: Следовательно, мощность, которую необходимо подать на вход этого каскада, составляет: Тогда на выходе предоконечного каскада должна быть получена мощность:. Рис 5. Принципиальная схема предоконечного каскада.

Задаемся напряжением источника питания: Тогда коэффициент усиления найдем по формуле: Следовательно, мощность, которую необходимо подать на вход этого каскада, составляет: Тогда на выходе усилителя мощности 2 каскада должна быть получена мощность:. Усилитель мощности 2 Как видно из предыдущего пункта усилитель мощности должен развить выходную мощность в 1,84Вт.

Принципиальная схема усилителя мощности. Проверка транзистора Как видно из рис. Расчет выполнен в соответствии с [2,3].

Мощность, рассеиваемая на транзисторе

Необходимость получения документов зависит от характеристик конкретного товара. Подробная информация. Решение Комиссии Таможенного союза от Технический регламент Таможенного Союза.

Важным параметром мощных транзисторов является максимальная мощность рассеивания РРАСС. Допустимая мощность рассеивания транзистора.

Параметры и корпуса биполярных транзисторов

Бурное развитие силовой преобразовательной техники, происходящее в настоящее время, неразрывно связано с появлением на рынке полупроводников новых компонентов, обладающих уникальными импульсными характеристиками. Использование этих компонентов в мощных приводах, источниках питания и других подобных устройствах позволяет создавать преобразователи, имеющие высокую эффективность и отличные массогабаритные показатели. Отсутствие тока управления в статических режимах дает возможность отказаться от схем управления на дискретных компонентах и использовать интегральные схемы управления — драйверы. Такие микросхемы выпускаются сейчас почти всеми ведущими производителями силовой электроники. Они способны управлять транзисторами и модулями в любой конфигурации и кроме выработки сигналов управления осуществляют все необходимые вспомогательные функции: защиту от перегрузки по току и короткому замыканию, защиту от падения управляющего напряжения, формирование контрольных сигналов. В результате быстрого развития технологии мощных полупроводниковых приборов, драйверов и микроконтроллеров, осуществляющих управление системой, понятие схемотехника как искусство создания принципиальной схемы утратило свое первоначальное значение. Предельные данные тока и напряжения транзистора или модуля, обычно вынесенные в отдельный подзаголовок технических характеристик, не дают разработчику никаких данных для расчета, а позволяют только в первом приближении сравнить один элемент с другим.

Транзисторы для начинающих

Транзистором называется полупроводниковый прибор, который может усиливать, преобразовывать и генерировать электрические сигналы. Потому что его действительно можно представить в виде некоторого сопротивления, которое будет регулироваться напряжением одного электрода. Первый работоспособный биполярный транзистор был изобретен в году. Материалом для его изготовления служил германий. А уже в году на свет появился кремниевый транзистор.

Вычислить ток и рассеиваемую мощность подзабыл закон Ома Дана схема Описать класс Пылесос с атрибутами Марка, Потребляемая мощность, Мощность всасывания Здравствуйте уважаемые любители и ценители языка С!

Онлайн расчёт площади радиаторов для транзисторов и микросхем.

Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы — лидеры Задача по физике 1 ставка. Провод КСПВ, вопрос к электрикам 1 ставка. Мощность рассеивания транзистора? Зачем электродрели нужен редуктор, точнее большая шестеренка?

2.Предварительный расчет

При прохождении тока через транзистор джоулево тепло выделяется в основном в коллекторном переходе, обладающем наибольшим электрическим сопротивлением по сравнению с другими областями транзисторной структуры, поэтому наибольшую температуру во время работы транзистора имеет его коллекторный переход.

Отвод тепла от перехода в транзисторе, так же как и в полупроводниковом диоде, происходит главным образом за счет теплопроводности, и мощность. Здесь Т п — температура коллекторного перехода транзистора; Т 0 — температура окружающей среды; R т — тепловое сопротивление транзистора, определяющее передачу тепла от коллекторного перехода к корпусу транзистора и зависящее от теплопроводности материалов, из которых изготовлен транзистор, и его конструкции; R то — тепловое сопротивление теплоотвода, определяющее передачу тепла от корпуса транзистора в окружающую среду и зависящее от конструкции теплоотвода, теплопроводности материала, из которого он изготовлен, и качества теплового контакта корпуса транзистора с теплоотводом. Максимальная мощность рассеяния транзистора определяется максимально допустимой температурой его коллекторного перехода Т п max и температурой окружающей среды Т 0. Для конкретных типов приборов она указывается в справочниках.

Описание принципов работы полевого транзистора с индуцированным каналом, его Высокая мощность рассеивания (например, при возникновении.

Вход Регистрация. Вопросы Без ответов Теги Пользователи Задать вопрос. Сайт «Электронщики» — скорая помощь для радиолюбителей. Здесь вы можете задавать вопросы и получать на них ответы от других пользователей.

Максимально допустимая мощность рассеивания в ваттах или милливаттах , не вызывающая необходимых изменений характеристик термосопротивлений. Максимально допустимая мощность рассеивания Wm3Ji в втилимвт , не вызывающая необратимых изменений характеристик ТС. Максимально допустимая мощность рассеивания Рмакс в ваттах или милливаттах , не вызывающая необратимых изменений характеристик ТС. Определяем максимально допустимую мощность рассеивания на коллекторе.

В предыдущем разделе вы узнали, что транзистор должен всегда работать в безопасной зоне. Вы очень хорошо справились с упражнениями, и думаете, что вы теперь знакомы с проблемой потери мощности.

В усилительных каскадах передатчиков, чтобы исключить возможность самовозбуждения, обычно, используют транзисторы не имеющие большого запаса по граничной частоте и рассеиваемой мощности. При выборе транзистора, чаще всего, задаются следующими условиями:. В качестве активного элемента в выходном каскаде будем использовать кремниевый мезапланарный n-p-n транзистор КТВ. Параметры транзисторов взяты в соответствии c [7] Можно выделить следующие его характеристики:. Выбранный транзистор обеспечит запас по мощности более чем в два раза. Другими словами, выбранный транзистор удовлетворяет условию 2.

Транзисторы для начинающих. В начале вопрос: может ли быть ток коллектора бесконечно большим? Теоретически, увеличением тока базы, вы можете свободно увеличивать ток коллектора.

Какая мощность рассеивается на полупроводнике в виде тепла?

Диод, светодиод, транзистор, микросхема: Вычисление значений рассеиваемой
тепловой мощности с последующим расчётом площади радиатора.

Простая, казалось бы, задача, связанная с расчётом мощности, выделяемой полупроводником в виде тепла, для некоторых на поверку может оказаться и не так уж и очевидной, как это виделось с первого взгляда.
Конечно, мозг опытного и высокоразвитого радиолюбителя возмутится подобной постановке вопроса, ибо совершит подобное незамысловатое действие до того, как его владелец доберётся до середины статьи. Однако, базируясь на немалом количестве писем в мой адрес по данной тематике, а также, для того, чтобы тупо избежать ряда неясностей и ошибок при оценке выделяемого тепла — всё ж таки подниму данную тему и продолжу:

1. Тепловая мощность, выделяемая (рассеиваемая) на диоде.

Тут всё просто как ситцевые трусы! В соответствии с основными законами электротехники тепловая мощность, выделяемая полупроводником, равна P_t = U_д × I_д, где U_д — напряжение на выводах диода, возникающее при прохождении через него прямого рабочего тока, а I_д — это сам рабочий ток диода.
Принято считать, что величина падения напряжения на диоде составляет 0,6…0,8 В для кремниевых диодов и 0,3…0,4 В — для германиевых и диодов Шоттки. Однако, если внимательно посмотреть справочные характеристики выпрямительных диодов (а, как правило, именно они работают при существенных токах), то окажется, что при токах, близких к максимальным, падение напряжения на кремниевых диодах составляет 1…1,1 В, а на диодах Шоттки — 0,5…0,6 В. Значения падений напряжений на светодиодах имеют довольно большой разброс (в зависимости от цвета) и составляют величины 1,5…3 В. Именно эти значения и следует подставлять в формулу для расчёта выделяемой диодами тепловой мощности.

2. Тепловая мощность, выделяемая на выпрямительных мостах.

Тут всё рассчитывается точно так же, как и в предыдущем случае с диодами — P_t = U_пр × I_нагр, только в качестве U_пр подставляем значение падения прямого напряжения на мосте, а в качестве I_нагр — максимальный ток, протекающий через нагрузку.
Поскольку в диодных мостах используются силовые диоды с малым падением прямого напряжения, то параметр U_пр обычно составляет величину 1. ..1,1 В (справочная характеристика).

3. Тепловая мощность, выделяемая на линейных стабилизаторах.

Данный тип стабилизаторов может быть выполнен как на дискретных элементах (когда основную часть тепла выделяет регулирующий транзистор), так и в виде интегральной микросхемы — в этом случае тепло рассеивается на всём корпусе элемента. Тепловая мощность, выделяемая транзистором или ИМС, равна P_t ≈ (U_вх — U_вых) × I_нагр

4. Тепловая мощность, выделяемая на импульсных (ключевых) стабилизаторах.

В импульсных стабилизаторах напряжения регулирующий элемент работает в ключевом режиме, то есть периодически открывается и закрывается, а поэтому по сравнению с линейным стабилизатором имеет значительно меньшие потери энергии на нагрев, а потому и более высокий показатель КПД. В данном случае тепловая мощность, выделяемая полупроводником, равна P_t ≈ U_откр × I_нагр, где U_откр — падение напряжения на полностью открытом управляющем ключевом элементе (Uкэ нас — для биполярного транзистора или Iнагр × Rоткр — для полевого).
Современные силовые полевые транзисторы за счёт очень низких величин сопротивлений сток-исток открытого канала (Rоткр) являются предпочтительными для использования в ключевых схемах. Значение Uоткр для них, как правило, не превышает величины 1В даже при очень высоких токах нагрузки.

5. Тепловая мощность, выделяемая выходными каскадами транзисторных усилителей.

Этот пункт имеет массу нюансов и вызывает максимальное количество вопросов. Связано это, прежде всего, с многообразием классов режимов работы транзисторов в выходных каскадах усилителей. Все эти режимы мы подробно рассмотрели на странице (ссылка на страницу).
Самым простым методом, позволяющим определить примерную величину тепловой мощности, выделяемой выходным каскадом, является примитивное перемножение величины максимальной выходной мощности, отдаваемой в нагрузку, и значения КПД выходного каскада.
Для этого нам, естественным образом, надо понимать в каком классе у нас работает выходной каскад. Итак, вспоминаем.
1. Класс А однотактный: КПД — около 30%,
2. Класс А двухтактный: КПД 40…45%,
3. Класс АВ двухтактный: КПД 60…75% (зависит от тока покоя транзисторов и выходной мощности),
4. Класс В двухтактный: КПД — около 80%,
5. Класс С двухтактный: КПД 80…90%,
3. Класс D: КПД 90…95%.

Ну вот, а теперь можно подставить значения в формулу для расчёта выделяемой тепловой мощности:
P_t ≈ P_вых × (100 — КПД) / КПД и далее со спокойной совестью переходить на следующую страницу для расчёта площади радиатора.

 

тепло — рассеиваемая мощность транзистора / перегрев

спросил 4 года, 6 месяцев назад

Изменено 3 года, 11 месяцев назад

Просмотрено 2к раз

\$\начало группы\$

Я работаю над звуковым проектом, в котором прямоугольный генератор с регулируемым напряжением управляет динамиком мощностью 5 Вт и сопротивлением 4 Ом. Я использую однополярный источник питания 12 В. Чтобы ограничить ток, проходящий через динамик, я использую TIP31A (мощный NPN-транзистор) с резистором 10 кОм в его базе, который ограничивает ток через динамик до ~ 0,4 А (12 В x 0,4 А = 4,8 Вт мощности). ). Однако я столкнулся с проблемой, когда транзистор сильно нагревается.

Меня интересует следующее: нагревается ли транзистор из-за того, что он ограничивает ток, или он нагревается просто из-за величины тока, проходящего через него? Если я уменьшу размер токоограничивающего резистора в базе транзистора и добавлю другой метод ограничения тока, например, резистор мощности, включенный последовательно с динамиком, уменьшит ли это количество тепла, рассеиваемого транзистором?

Вот часть схемы, относящаяся к энергопотреблению, прямоугольные перевороты 2n3904 (это для инвертирования сигнала, поскольку генератор работает на высоком уровне), который управляет питанием на базе TIP31A, который, в свою очередь, управляет динамиком:

Вот полная схема. Имейте в виду, что я управляю динамиком с прямоугольной волной (полный вкл / выкл), поэтому изменение топологии усилителя на класс B или AB не поможет.

• транзисторы
• тепловые
• динамики
• токоограничивающие
• радиатор
92 \times 4 = 0,64 \\text W \$, так что ваш расчет немного неверен.

Напряжение на динамике равно \$V = IR = 0,4 * 4 = 1,6 \\text V\$.

У вас есть источник питания 12 В, что означает, что напряжение на транзисторе при включении = 12 — 1,6 = 10,4 В. При 0,4 А это означает, что мощность, рассеиваемая на транзисторе, равна \$ P = VI = 10,4 \times 0,4 = 4.16 \\текст W\$.

Обратите внимание, что оба этих расчета относятся к случаю, когда транзистор включен. Когда он выключен (50% времени для прямоугольной волны), ток равен нулю, поэтому мощность в динамике и транзисторе также будет равна нулю. Это приведет к средней мощности половины расчетов выше.

Если бы я… добавил другой метод ограничения тока, например, резистор мощности, включенный последовательно с динамиком, уменьшит ли это количество тепла, рассеиваемого транзистором?

Да. Можно себе позволить скинуть туда от 6 до 8 В на 0,4 А. Можно отработать.

---

Из комментариев:

… но напряжение на динамике 12В, а ток 0,4А.

Если бы это было так, то сопротивление динамика должно быть \$ R = \frac {V}{I} = \frac {12}{0,4} = 30 \\Omega\$. Попробуйте измерить напряжение на клеммах динамика. Оно должно быть близко к 1,6 В, как рассчитано выше.

Таким образом, также по закону Ома мы можем прийти к выводу, что: P = V x I = 0,4 x 12 = 4,8 Вт.

Это питание всей цепи. 4,16 Вт из них теряется в транзисторе.

Наверное, я просто запутался, что применимо в данном случае, когда транзистор действует как резистор.

Вы правильно поняли, что транзистор ведет себя как переменный резистор, ограничивая ток.

Давайте посмотрим на текущий коэффициент усиления и еще немного посчитаем.

Рис. 1. Коэффициент усиления постоянного тока из таблицы данных TIP31/32.

• Ваш базовый резистор 10 кОм даст базовый ток \$ \frac {12}{10k} = 1,2\ \text {мА}\$.
• Мы не используем 4 В таблицы данных (мы используем 12 В), но давайте предположим, что h _FE находится между 25 и 50. Это означает, что базовый ток 1,2 мА должен дать нам ток коллектора от 30 до 60 мА. Глядь, вы измерили 0,4 А.

Обратите внимание, что это не лучший способ установки тока динамика, если строится несколько таких цепей, поскольку ток коллектора будет значительно различаться от транзистора к транзистору.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Если средний ток около 400 мА, то нагрузка (включая динамик) на шине 12 В будет 12/0,4 = 30 Ом. Учитывая, что сопротивление динамика составляет 4 Ом, мы можем предположить, что TIP31A представляет собой резистор на 26 Ом.

Мощность этого резистора (при условии, что 400 мА является среднеквадратичным значением) = 4,16 Вт, и транзистор будет сильно нагреваться.

Если я уменьшу размер токоограничивающего резистора на база транзистора и добавлен еще один метод ограничения тока, такой как мощный резистор, включенный последовательно с динамиком, уменьшит ли это количество тепла, выделяемое транзистором?

Да, но все, что вы делаете, это перенос рассеиваемой мощности с транзистора на резистор.

\$\конечная группа\$

4

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Рейтинг рассеиваемой мощности транзистора спросил

3 года, 4 месяца назад

Изменено 3 года, 4 месяца назад

Просмотрено 2к раз

\$\начало группы\$

Я пытаюсь собрать следующую схему

За исключением того, что у меня двигатель 24 В ~ 20 А (500 Вт), поэтому мне нужно поменять местами компоненты. В настоящее время я изучаю транзисторы, и я остановился на транзисторе 2N6284 (NPN), который рассчитан на 100 В 20 А. В основном это означает, что он подходит для мощности до 2000 Вт (правильно?), но максимальная рассеиваемая мощность составляет 160 Вт. Теперь это не имеет смысла, поэтому я предполагаю, сколько из 2000 Вт, проходящих через него, будет потеряно в виде тепла? Я просмотрел весь лист данных, и есть много вещей, которые я не понимаю, кроме того, что это за диаграмма, которая предполагает, что температура увеличивается по мере уменьшения рассеиваемой мощности? Разве соотношение не должно быть обратным: чем больше энергии теряется в виде тепла, тем выше температура?

Если какое-либо из моих предположений верно, то как я могу рассчитать, сколько энергии будет потеряно при работе моего двигателя мощностью 500 Вт при напряжении 24 В?

• мощность
• транзисторы
• рассеиваемая мощность

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Во-первых, мощность, потребляемая компонентом, равна падению напряжения этого компонента раз больше тока, проходящего через него. Транзистор имеет \$V_{CE}\$ 3 В, когда ток коллектора составляет 20 А, так что получается 60 Вт.

Во-вторых, кривая снижения мощности работает, сообщая вам рассеивание, которое вы можете позволить для данной температуры корпуса. Вы читаете до тех пор, пока не найдете расчетную температуру корпуса, а затем поднимаетесь вверх, чтобы найти допустимое рассеивание (или, как правило, наоборот — в вашем случае вы начинаете с 60 Вт, а затем читаете до тех пор, пока не обнаружите, что вы должны разработать для корпуса температура около 135°С).

В-третьих, вам понадобится радиатор, чтобы поддерживать низкую температуру корпуса — эта штука не будет рассеивать 60 Вт сама по себе.

В-четвертых (и помимо того, что вы просили), вам нужен базовый ток 200 мА, чтобы поддерживать эти 3 В \$V_{CE}\$, и это толкает базу при напряжении 4 В. Вы , а не , собираетесь сделать это с микропроцессорным контактом GPIO.

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Используйте MOSFET вместо NPN. Таким образом вы будете рассеивать гораздо меньше энергии. Использование «Rdson» также упрощает расчет потерь мощности. Вы также можете рассмотреть возможность добавления драйвера затвора для устройства такого размера.

Никогда не приобретайте полевой МОП-транзистор с номиналом X ампер, если вы думаете, что вам потребуется X ампер. Ваша деталь рассчитана на 20 А , если вы можете поддерживать ее достаточно прохладной. Часто нет способа обеспечить такое сильное охлаждение. Используйте номинальный ток для таких вещей, как пусковой ток (не пусковой ток двигателя).

Сначала рассчитайте рассеиваемую мощность, постарайтесь удерживать ее на низком уровне, чтобы ограничить потребности в охлаждении, а затем используйте эту информацию в качестве спецификации для поиска необходимой детали.

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Первое, что нужно понять, это то, что рассеиваемая мощность и управляемая мощность связаны, но это не одно и то же.

Допустимая мощность — это базовая оценка того, какой ток и напряжение может поддерживать устройство. Это основная мера мощности коммутатора.

Рассеиваемая мощность — это мера потерь мощности в переключателе, в данном случае транзисторе. Это связано с падением ИК-излучения от коллектора к эмиттеру. Это пропорционально току коллектора и напряжению коллектор-эмиттер Vce при этом токе. Например, если Vce равно 3 В при 20 А, потери составят 60 Вт.

Дополнительное примечание: я собираюсь предложить вам использовать более высокое напряжение, чем 5 В для двигателя — потеря 3/5 мощности в переключателе не кажется хорошей компенсацией. Последний раз, когда я работал над чем-то с 2N6284, это был серводвигатель, работающий от 30 В.

График снижения номинальных характеристик показывает безопасный предел рассеяния при заданной температуре корпуса. По мере повышения температуры предел безопасной эксплуатации снижается. При токе 20 А и рассеиваемой мощности 60 Вт из примера график говорит вам, что вам нужно поддерживать температуру корпуса ниже 125 градусов. C. Практически это очень большой радиатор и, возможно, вентилятор.

Преимущество использования полевых транзисторов заключается в том, что они не имеют падения Vce. Вместо этого они имеют сопротивление Rds (on), которое может быть очень и очень низким для большого полевого транзистора. У них тоже будет рассеивание от падения I-R, но оно значительно меньше, чем у транзистора. Тем не менее, они также имеют пределы безопасной эксплуатации и требуют снижения номинальных характеристик при повышенной температуре.

Совет: вы можете комбинировать устройства параллельно, чтобы повысить пропускную способность.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Техническое описание означает, что транзистор может выдерживать 100 В и пропускать 20 А тока, , но не то и другое одновременно .

Например, в вашей схеме переключения (при условии, что вы измените значения резистора и диода на соответствующие значения), когда двигатель «выключен», напряжение на транзисторе будет 100 В, но ток будет почти нулевым (несколько миллиампер утечки). максимум), а мощность, рассеиваемая в транзисторе за счет тока утечки, будет порядка 1 Вт или меньше.

Когда двигатель включен, большая часть 100 В будет падать на двигатель, а на переходе эмиттер-коллектор транзистора будет только 1 или 2 В, пока транзистор проходит 20 А.

Таким образом, рассеиваемая мощность транзистора будет около 20 или 40 Вт, а не 2000 Вт, даже если он управляет нагрузкой 2000 Вт.

Как уже говорилось в других ответах, устройство MOSFET было бы лучшей конструкцией, чем транзистор высокой мощности для этого приложения, но та же основная идея о расчете рассеиваемой мощности по-прежнему применяется.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Как указывает @Andrew_Morton, 1n4148 не подходит. Возможные диоды для использования включают FFPF15S60STU от Digikey или 15SQ045 от Amazon. Возможными МОП-транзисторами на Amazon являются RFP30N06LE, которые могут управляться логическим уровнем с выхода Arduino. 2 * R_on = 5 Вт. Для этого потребуется несколько квадратных дюймов металла для радиатора, или вы можете прикрутить его к корпусу (если у вас есть корпус). Но если вы хотите прикрутить его болтами, вам нужно использовать изолятор, так как металлический язычок фактически подключен к одной из клемм. МОП-транзистор (например, от digikey), который уже изолирован, называется BBL4001-1E; его можно привинтить непосредственно к шасси. Он также может управляться логическими уровнями и имеет очень низкое сопротивление 0,008 Ом или меньше. (т. е. рассеиваемая мощность при 10 А составляет 0,8 Вт). В зависимости от того, часто ли вы включаете и выключаете полевой МОП-транзистор, диод может иметь те же соображения по поводу рассеиваемой мощности, но хуже, потому что на нем может быть до 2 В, а мощность может составлять 2 В * 10 А = 20 Вт. Это будет нормально для случайной работы, но вам понадобится радиатор, если, например, вы используете широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для управления скоростью. Упомянутый в начале FFPF15S60STU изолирован так же, как и транзистор, и его можно просто монтировать.