Det där med att räkna ut kylflänsar... (hjälp!)

[Mysteria9]

Hej!
Jag har försökt få huvudet runt hur man räknar ut vilken kylfläns man behöver, men jag kommer ingen vart.
Det finns ju jättemycket information om det på nätet men jag förstår bara inte, så det vore bra om någon kan ge en förklaring man faktiskt förstår. Det brukar ni vara väldigt duktiga på här på forumet!

I mitt specifika fall så har jag en sådan här: http://www.electrokit.com/irf830.42264
Jag vill styra 12V med upp till 4A med den, men hur vet jag vad jag ska kyla den med?
Den sitter på en PWM-dimmer till LEDbelysning.

Tusen tack för er tid!

[xxargs]

Först måste du ha klart för dig hur mycket effekt som måste kylas av och detta beror dels på Ron på MOS-trissan vid max ström (4 Ampere) och dels hur bra switchningen görs (dvs förluster i flankerna när det slår mellan av och på och omvänt - och den delen ökar med frekvens)

just den MOS-trissan som du tittar på har Ron typiskt 1.35 och max 1.5 Ohm vilket gör att den har en spänningsfall över sig på minst 5.4 Volt och 21 Watt förlust vid 4 ampere, troligen lite till och jag skulle nog säga att just den trissan är mindre lämpligt för applikationen du tittar på...


Med andra ord tillbaka till ritbordet och försök hitta trissa med typ 0.2 Ohm och lägre i Ron och vara helt säker att gaten är helt öppen redan vid 5-7 Volt och inte som din valda trissa först uppemot 10 Volt och IFR har massor av olika trissor och troligen flera st som är bättre än den trissan du valt (som troligen är avsedd för att switcha 300-400 Volt och strömmar kring 1 Ampere)

kort sagt man måste läsa datablad och räkna på kopplingarna så att det fungerar rimligt och med rimlig låg effektförlust då behovet av kylning blir lågt om det baseras på switchar/PWM-lösning att du knappt behöver mer kylning än en liten plåtbit ungefär.

[Icecap]

Steg 1: Läsa datablad. Där anges Rdson till 1,5 Ohm. (Ganska uselt faktisk, inte bra transistor för detta bruk.)
Steg 2: Räkna. 4A genom 1,5 Ohm ger ett spänningsfall på 6V (förstår du varför den är usel?).
Steg 3: Räkna mer: 4A * 6V = 24W som ska kylas bort. Det är ganska mycket!
Steg 4: Räkna på temperaturresistanserna och då komma fram till en kylvinge av lämplig modell.

Men som jag skrev ovan: denna transistor är usel till detta! Vid full belastning får du ut hälften av spänningen...

Köper du en BUZ11 i stället behovs det ingen kylvinge alls och spänningsfallet blir bara (4A * 0,04 Ohm =) 0,16V

[rikkitikkitavi]

Din PWM frekvens är troligen inte så hög, max några hundra hz vilket gör att du kan försumma switchförluster.

Förlusterna domineras helt av I*I*rdson

I = 4 A
Rdson hittar du i databladet.

Observera att Rdson ökar kraftigt med temperaturen, vilket ökar förlusterna.

I detta fallet är det lätt att hitta Mosfettransistorer med mycket låg Rdson för en rimlig kostnad som gör att effektförlusterna gör att du knappt behöver kylfläns.
Om din drivsignal är 5V från någon form av elektronik måste du dessutom använda en logiknivåFET.

Formeln du använder för att räkna ut kylflänsen är:

Tj=P*(Rtjc+Rtcs+Rtsa) + Tamb (jmfr med ohms lag, temperatur = spänning, effektförlust = ström och så "spänningsdelas" allt)

Tj = chiptemp, maximalt värde läser du i databladet. Men marginal behövs, jag hade inte gått över 100-110C.
Rtjc hittar du i databladet. Det är värmeövergångsmotståndet mellan chip och transistorhölje.
Rtcs är värmeövergångsmotståndet mellan transistor och kylfläns
Rtsa är värmeövergångsmotståndet mellan kylfläns och omgivningen
Tamb är omgivningstemperaturen, räkna med 25c

Ex ta en trissa med Rdson på 0,05ohm @ 25C => Pd = 4*4*0,05 = 0,8W
Antag Rtjc = 1,5 C/W, Rtcs = 1,5C/W och Rtsa = 25C/W (en liten kylfläns) =>
Tj = 0,8*(1,5+1,5+25) +25= 22+25 = 47C

En liten To-220 kapsel har Rtsa = 50-60C/W
Då skulle det bli 0,8 *(1,5+0+60)+25 = 85C

Men vid 85C är Rdson kanske 0,08 ohm => Pd = 1,3W => mer förluster och högre temperatur. Alltså kommer du behöva räkna om chiptemperaturen ett par gånger ovan och så ser man att den "planar ut".

FQP30N06L för drygt en tia kan vara lämplig som exempel.

edit: Icecap hann före. Läs allt i tråden och gör beräkningen här och presentera den

[Nerre]

Jag tycker det är relativt enkelt att man ser det lite som att räkna med ohms lag.

Transistorn har en temperatur (det man räknar här är den maxtemperatur man inte vill överstiga).

Luften i rummet har en annan temperatur (man bör alltså räkna på worst case här).


Du får en temperaturskillnad, i grader Celcius. Se detta som en spänning.

För att den temperaturskillnaden ska hållas (d.v.s. för att inte transistorn ska bli för varm) så måste kyl-vägen släppa igenom en viss mängd värme. Se detta som en ström.

"Värmeresistansen" anges nämligen i C/W (tänk spänning genom ström), så det blir "ohms lag" som gäller. Sen är det bara att summera värmeresistanserna (kylfläns, övergångar etc).


(Skrev samtidigt som rikkitikkitavi postade sitt inlägg.)

[Mysteria9]

Jättetack för era svar!
Ja det var onekligen ett dåligt val, ska ta och beställa hem något lämpligare enligt era förslag.
6V spänningsfall och 24W värme är ju inte så önskvärt.

För skojs skull räknade jag ut vad jag skulle behöva för kylfläns till den olämpliga transistorn, få se om jag fick till det rätt:

Tj = P * (Rtjc + Rtcs + Rtsa) + Tamb blir
100 = 24 * (1 + Rtsa) + 25
och då blir Rtsa = 75 / 24 - 1 = 2.125
En rejäl fläns med andra ord.


På den föreslagna BUZ11 fick jag följande resultat:

P = 0.04 * 4^2 = 0.64W
Tj = P * (Rtjc + Rtcs + Rtsa) + Tamb blir
100 = 0.64 * (1.67 + Rtsa) + 25
och då blir Rtsa = 75 / 0.67 - 1.67 = 115.5
så ingen kylfläns behövs då Rtja är 75.

FQP30N06L var nästan identisk.

Ser det vettigt ut?

Däremot gick jag bet på att hitta Rdson vid högre temperaturer.
Det mittre vänstra diagrammet på sidan 4 här känns som en kandidat men det var ju inte med kontinuelig belastning verkar det som.

[Pucco]

Orsaken till att man mäter med pulser under kort tid är för att inte påverka temperaturen med den effekt som utvecklas i mätningen.

[Mysteria9]

Ok!
Tolkar jag dig rätt om jag tror att man kan använda det diagrammet till kontinuelig last då?

[Icecap]

Det beskriver ju verkligheten så du kan räkna det som kontinuerlig last.

Bara en tumregel: om en MOSFET tål hög spänning har den oftast hög Rdson.

[Mysteria9]

Tack, det ska jag komma ihåg. Låter ju rimligt när man tänker efter också.

[Sikmeister]

För skojs skull räknade jag ut vad jag skulle behöva för kylfläns till den olämpliga transistorn, få se om jag fick till det rätt:

Tj = P * (Rtjc + Rtcs + Rtsa) + Tamb blir
100 = 24 * (1 + Rtsa) + 25
och då blir Rtsa = 75 / 24 - 1 = 2.125
En rejäl fläns med andra ord.

Du har glömt att räkna med att Rdson ökar med ökad Tj. Vid 100 grader C är Rdson nästan det dubbla jämfört med rumstemperatur, vilket gör att P blir nästan 48 W.

Rtsa blir snarare 0.56 C/W, vilket är en ännu större kylfläns, om den ens går att realisera.

Det är som sagt bättre att välja en mosfet med lägre Rdson.

[Mysteria9]

Jo precis, hade lite problem med att hitta var jag läste ut det, men fick hjälp med det ovan.

Har beställt ett gäng BUZ11 så har jag för framtida bruk också.

Tusen tack för er hjälp, det uppskattas jättemycket!