Kylning FET m hög ström

[rolex42]

Det finns gott om DIY beskrivningar av ESC (ex http://norbique.rchomepage.com/esc/ , http://www.stefanv.com/rcstuff/esc.htm ).
Men vad jag kan se på PCB layouten så har man inte mycket plats för kylelement.
Visssa placeras såklart i modellplan & det kanske kyls bra av hög lufthastighet, men vissa monteras i RC-bilar antar jag och borde väl behöva rätt stort kylelement. Jag har tittat lite på beräkning av kylelement tillsammans med olika FET och har både simulerat i LTspice samt gjort test med 5A genom IRF3710 där jag mätt ström, Vds, temphöjning och teori och tester visar ganska samstämmiga siffror.
Exvis 5A genom IRF3710 m kylfläns=25C/W, Vg=9V: temp 38C, Vds 0,12V
Beräknade värden
Rds=0,023
P=5*0,1=0,5W
P=(38-25)/(25+0,75+0,5)=0,5W
temp.höjn=0,5*26=13
Vds=0,023*5=0,11V

Fungerar verkligen ovanstående kretskort med ström upp till 40A & 100A med den layouten eller har jag missat något?

[rikkitikkitavi]

Kort och gott, nej ledningsbanorna kommer tjänstgöra som säkringar, dvs brinna av om det är 35 um folie vid de strömmarna du nämner.

Det finns rätt mycket info på nätet om hur mycket ström man kan dra genom en kopparbana för en viss temperaturökning.

[rolex42]

OK, och hur fungerar placering av FETarna och kylelement. Det är inte mycket plats för det vad jag förstår.

[rolex42]

OK, samma fundering från en annan vutgångspunkt.
Med denna ESC ska jag kunna driva 60A continous.
Den har måtten: 65mm x 35mm x 13mm dvs kylflänsen är sannolikt något mindre. Gissar att den då har en termisk resistans runt 3C/W.
Slarvigt räknat P=60*60*0,023=83W, temp.höjn=83*4=330C.
Nu har de kanske inte IRF3710 iofs, men jag måste ha missat något ....

[rolex42]

Här hittade jag en ESC för bilar å då har man en fläkt på kylningen.
Min gissning är att de ESC som inte har fläkt bara fungerar om de har mkt god luftcirkulation, dvs flyger.

[Mindmapper]

Det bästa om transistorn går varm är att byta ut den mot en med likvärdiga eller bättre data men med betydligt lägre Rdson. Drivs transistorn rätt kommer ett lägre Rdson att betyda mindre spänningsfall och därmed mindre effektutveckling i transistorn. Du får betala lite mer för ett mycket bra Rdson men ett vettigt Rdson behöver inte kosta mer än kanske 50kr. Vilket du sedan sparar in på en mindre och lättare kylfläns om du ens behöver någon.

[gkar]

Värt att tänka på är att Rds on typiskt är specat vid 20C och max ström och hög Vgs.

Om du kör lägre ström minskar Rds on. Vid högre temperatur ökar den. Och låg Vgs ökar den med.

Dvs, kör den kall, annars kan den rusa iväg termiskt. ( mosfetar är inte termiskt stabila) . Enklast att göra det är att ha låg Rds on och hög Vgs.

Det brukar sluta med att man designar in en mosfet som klarar högre ström än man behöver, Rds on kanske är specad högt vid maxström men blir lägre vid lägre ström och då bättre än mindre transistorer som har det specat vid lägre ström...

[Walle]

gkar: har du lust att utveckla det där lite? Jag har alltid trott att MOSFETar är termiskt stabila tack vare sin positiva temperaturcofficient (dvs Rdson ökar med ökande temp).

[hcb]

Walle: jag funderade på exakt samma sak. Dock är väl begreppet "termisk stabilitet" inte tillräckligt exakt för att täcka in varje situation.
I fallet med //-kopplade transistorer är MOSFET stabila utan förkopplingsmotstånd eftersom RDS ökar med ökande temperatur vilket sänker belastningen på den varma transistorn. För en switchtransistor är det värre: när den blir varm ökar motståndet, vilket ökar värmeavgivningen o.s.v.

[gkar]

Det är helt olika tillämpningar och krav på temperaturkoefficienten om det är en transistor eller flera parallellt eller något helt annat.

I fallet med en transistor som switchar med branta flanker men sällan:
Vi beräknar den statiska förlusteffekten när den är på, spänningsfallet över den är lågt i förhållande till spänningsfallet över resistiv last. Detta ger i princip konstant ström genom MOSFETen. Dvs P = I*I*R
Högre temperatur ger högre R, ger högre temperatur, ger högre R etc... Det blir jättevarmt!
(Å andra sidan blir kylningen mer och mer effektiv med högre delta T...)

Så glöm det där att man inte behöver bry sig med vissa komponenter, man måste alltid bry sig! Allt hänger på hur man använder dem.

(Jag ser nu att jag inte behövt svarat då hcb har koll på läget!)

Hur hade det betett sig med en bipolär NPN transistor istället?

[hcb]

>Hur hade det betett sig med en bipolär NPN transistor istället?

Är det en kuggfråga?
I fallet med en ensam switchtransistor tycker jag att det borde bli tvärtom eftersom Vsat (och därigenom det skenbara motståndet) minskar med ökande temperatur. Transistorn borde alltså nå ett jämviktsläge såvida inte det hela slutar med rökutveckling.

[gkar]

Kuggfråga, nej, vi pratar elektronik!

[rolex42]

Antag att jag skulle koppla ihop följande test.
IRL3103 (RDS(on)=12mOhm, Rjc=1,6)
kylfläns 5C/W
kontinuerlig tröm 40A
P=40*40*0,012=19W
temp.höjn=19*(5+2)=134C.
Vad kommer att hända efter några minuter? Kommer Tj 175C att överskridas? Klarar kylflänsen att kyla även om luften i rummet står still?

Om jag sen gör samma test med större kylfläns, kommer den att kyla bättre bara för att den har ett lägre term motstånd, eller krävs det cirkulerande luft?

[gkar]

Ta en titt på figure 4.
http://www.irf.com/product-info/datashe ... rl3103.pdf

Vid 120C är inte längre Rds on 12mohm, utan 18mohm, dvs effekten har gått upp från 19W till 28W, under förutsättning att allt annat inte ändras...

5C/W i förhållande till kylflänsens omgivingstemperatur.
Sitter den i en låda som är 100C, då är det 5C/W i förhållande till 100C...
Tex anta att det du räknat på stämmer, 134C höjning + 50C lådtemp -> 184C. Det är varmt.
Värmen måste ut på något sätt.

Kör inte MOSFETar gärna på Tj 175. Det är mer en teoretisk siffra än en praktisk. Det kommer att fungera, ett tag, men de slits mycket mycket fortare på höga temperaturer. Halvstandard är att inte gå över 125C, det högt det med... Momentant kan man ju gå högre...

Grovt, man brukar räkna med att att halvera livslängden var 8-12 grad C beroende på komponenttyp. Upp till en viss temperatur, då allt går sönder mycket fortare...

[rolex42]

OK, 18mOhm får man alltså genom att gå in i fig 4 vid 130C -> 1,5
(12*1,5=18)
P=40*40*0,018=29W
och så större kylfläns
temp.höjn=29*(1,85+2)=112C. Fortfarande för mkt antar jag.
Det krävs alltså antingen annan FET, 2 parallella FET el fläkt.