Transistor - Power Dissipation.

jesse · Inlägg av **jesse** » 16 mars 2008, 22:58:39

Jag vill ha hjälp med att räkna ut vad en effekttransistor egentligen tål för effekter.
När jag läser datablad finns det en del uppgifter som t.ex. Vce(max) och Ic(max), men så finns ju även siffran Power Dissipation (max).

Jag fattar inte alls hur man ska läsa ut vilken effekt transistorn egentligen tål, och hur mycket den tål med respektive utan kylfläns monterad (och storlek på flänsen, fläkt etc.?)
Man vill ju inte köpa jättedyra transistorer bara för att vara på "säkra sidan" om det finns billiga. Å andra sidan vill man ju inte bränna en massa trasistorer för att man inte kan räkna!

HJÄLP

Vi kan ta BD136 som exempel - där det står 45V - 10W i titeln. Längre ner i databladet kan man sedan läsa :
Total Device Dissipation@ TA = 25_C = 1.25W och Derate above 25_C , = 10mW/_C

och

Total Device Dissipation@ TC = 25_C = 12.5W och Derate above 25_C , = 100mW/_C

samt

Thermal Resistance, Junction to Case θJC 10_C/W
Thermal Resistance, Junction to Ambient, θJA 100_C/W

och maxtemp = 150 _C

( _C = grader C)

SÅ frågan är - kan jag , eller kan jag inte bränna 10 watt utan att bränna upp transistorn, och under vilka förhållanden då?

rehnmaak · Inlägg av **rehnmaak** » 16 mars 2008, 23:23:21

Vet inte vilket datablad du har läst men kollar man på OnSemi så finns där två effekt specar 12.5W och 1.25W. Den ena är för transistor monterad på en oändligt stor kylare med temeraturen 25 grader. Den andra är om man inte har någon kylare alls.

Det står inte helt klart i databladat vad som menas, men om man tittar på den terminska resistansen så är Junction-to-case 10grader/W och junction-to-ambient 100grader/W. Om man pumpar in 12.5W med en kylare blir junctiontemperaturen 12.5*10+25 = 150grader vilket är max temp. Om man kör utan kylare blir max effekt 1.25W eftersom 1.25*100+25 = 150grader.

grym · Inlägg av **grym** » 16 mars 2008, 23:30:26

hård räkning gäller men man kommer ganska lång med simpla medel

bara ta med tänkt temperaturområde, kylarmodell, vilken överföring mellan kylare och transistor , och räkna så blir det ungefär rätt

sådant kan bli kul och räkna med i en stor kylare i minusgrader och med långsamt pulsande last, då blir det vettigt

men räknar man med 70 graders max omgivningstemperatur så börjar man inte tycke om det om man kommer i närheten av maxeffekt

och sedan så kör man ju inget nära max om man gör egna saker som skall hålla, men det finns ju konstruktörer som int har något sunt förnuft utan kör väldigt snävt, och då blir livslängden därefter

rehnmaak · Inlägg av **rehnmaak** » 16 mars 2008, 23:45:56

Om man tar ett realistiskt exempel:

Kylare Rth =5 grader/W
Omgivningstemp = 50grader
Max junction temperatur = 125grader

Så blir max effekt (125-50)/(5+10) = 5W

jesse · Inlägg av **jesse** » 17 mars 2008, 00:01:28

tror jag fattar lite bättre nu.

jag såg ett diagram som visade en linjärt negativt lutande kurva med Pmax vid 25_C och 0W vid 150_C...

Men: är det såhär ? :

A) Om jag fäster en rejäl kylare och eldar allt jag orkar så är det OK så länge jag inte kommer över 150_C i kapseln?

eller är det så här:

B) enligt diagrammet får jag bränna 70W vid 25_C och 0W vid 150_C kapsel. Om min kylfläns (=kapseln) kommer upp i 100_C, så visar diagrammet på 28W. Betyder det att ja inte får bränna mer än 28W i transistorn även om temperaturen håller sig på 100_C ?

Intuitivt så låter A vettigast.. då kan man koppla på en termometer på kapseln och mäta ... bränna och se hur många watt jag kan bränna utan att komma över 150W - och där stannar jag.

jesse · Inlägg av **jesse** » 17 mars 2008, 00:14:19

Betyder det att ja inte får bränna mer än 28W i transistorn även om temperaturen håller sig på 100_C ?

hm... eller så kan jag använda mig av diagrammet på det här viset:

Om jag vid en viss effekt, t.ex 40W får temperaturen 100_C så kan jag öka med ytterligare 28W för att nå maxgränsen på 150_C ?

(detta diagrammet gäller alltså inte BD136 utan en annan trasistor. BD136 hade inget sådant diagram i databladet, om ni undrar varför jag har andra siffror nu. Skulle jag överföra exemplet till BD136 blir det alltså 12.5 W vid 25_C och om jag t.ex bränner 5W och det ger 100_C så borde jag kunna bränna ytterligare **räknar** (150-25)/(100-25)=1.67x . 1.67x5W = 8.33W med samma kylare... )

jesse · Inlägg av **jesse** » 17 mars 2008, 00:18:43

rehnmaak skrev:Om man tar ett realistiskt exempel:

Kylare Rth =5 grader/W
Omgivningstemp = 50grader
Max junction temperatur = 125grader

Så blir max effekt (125-50)/(5+10) = 5W

Vad fick du siffran 10 ifrån?

rehnmaak · Inlägg av **rehnmaak** » 17 mars 2008, 00:19:16

Nu är det rörigt...

Allt handlar om att chippet inte får bli varmare än max temperatur (vilket brukar vara 150 grader).

MEN, 150 grader är absolut max vilket innebär att du inte har några marginaler kvar alls. 1uW till och transistorn släpper ut den magiska röken.

För att beräkna junction-temperaturen måste man summera alla termiska resistanser från junction-case-kylare-ambient.

EDIT: siffran 10 är 10grader/W termisk resistans junction-case...

kimmen · Inlägg av **kimmen** » 17 mars 2008, 00:22:43

Begränsningen är en begränsning i max temperatur på chippet. Det finns en termisk resistans mellan chip och kapsel, Rthj-c, står i databladet. Med hjälp av den går det att räkna ut chiptemperaturen vid en viss förlusteffekt och kapseltemperatur. Kurvan man ser i vissa datablad visar max förlusteffekt vid en viss kapseltemperatur. Man får inte glömma att det mellan kylfläns och kapsel ofta finns en inte obetydlig termisk resistans i form av isolerbricka.

Sen så begränsas förlusteffekten ännu mer vid högre spänningar pga second breakdown. Kolla på SOA-kurvorna så ser du ett knä vid en viss spänning.

jesse · Inlägg av **jesse** » 17 mars 2008, 00:32:04

rehnmaak: siffran 10 är 10grader/W termisk resistans junction-case...

visst, ja , det stod ju i ditt tidigare inlägg. Men nu börjar jag fatta mer och mer. Har inte alls haft begrepp om termisk resistans förut... Så det räcker inte att mäta kylarens temp (nej - jag har ingen isolering imellan) utan man måste räkna den termiska resistansen mellan CHIP och KAPSEL också... Blir betydligt mindre utrymme kvar...

Finns det inga billiga transistorer (<10kr/st) som kan dra >4A vid 15Vce (dvs 60W) ?

jesse · Inlägg av **jesse** » 17 mars 2008, 00:54:32

OK. Nu har jag räknat lite.

Antag att jag vill kunna dra 3.25A vid 15V. Det blir ca 50W

Om jag skaffar en transistor med "Thermal Resistance Junction-case" = 1.0 W/gr med maxtemp 150 gr C räknar jag alltså:

150gr - (1.0 * 50W) = 100 gr...

Jag kan alltså tillåta att kapseln blir max 100 gr C innan det ryker.

Om jag skaffar en billigare transistor med term. R = 1.78 W/gr får jag istället:

150gr - (1.78 * 50W) = 150-89 = 61 grader...

Så om jag inte lyckas kyla kapseln till 61 grader så är det kört... = större kylare... Vilket teoretiskt sett skulle vara möjligt eftersom den transistorn kan bränna 70W vid 25_C. Praktiskt möjligt? Ja, jag vet inget om kylning, men det låter jobbigt att få ner den till ca 60 grader med tanke på att när jag testade var den uppe i 77 grader vid bara 13W... och då hade jag en 4x7 cm aluminiumplåt fastskruvad.

kimmen · Inlägg av **kimmen** » 17 mars 2008, 01:12:30

Jag tror du kan fixa det där med en 2N3055 om du har nog med kylning. 50W i en TO220 eller mindre kapsel skulle jag då inte försöka mig på. Man har ännu mer marginal med TO3-kapslar också eftersom Tjmax oftast är 200 grader. Inte för att man ska ligga på den temperaturen men det gör en mycket stor skillnad för hur varm man kan låta en kylfläns bli och därmed dess storlek! 2N3055 kostar typ en tia på kjell har jag för mig.

Jag kan ju nämna att fläktkylning gör STOR skillnad jämfört med konvektion. En reduktion i termisk resistans med flera gånger är inte alls konstigt.

rehnmaak · Inlägg av **rehnmaak** » 17 mars 2008, 01:15:30

Du får skaffa en ordentlig kylare, ca 0.5 grader/W så blir temperaturen på ditt chip (1.78+0.5)*50+25 = 139 grader.

Eller så med den andra transistorn med en kyleare 1.0 grader/W så blir tempen (1+1)*50+25 = 125 grader