Рассеиваемая мощность транзистора и её расчет

Если ключ нагревается выше 100°C, снизьте ток или улучшите охлаждение. Например, при токе 2 А и падении напряжения 0.7 В выделяется 1.4 Вт. Для корпуса TO-220 без радиатора это критично – тепловое сопротивление переход–среда достигает 62.5°C/Вт, что приведет к перегреву.

Тепловыделение зависит от режима работы. В импульсных схемах среднее значение можно вычислить через скважность: при 10% заполнении и 10 Вт на пике реальная нагрузка составит 1 Вт. Для точности измеряйте осциллографом длительность фронтов – резкие переключения увеличивают потери.

Параметр R_θJA из даташита не учитывает теплоотвод. Для монтажа на алюминиевую пластину 5×5 см используйте R_θJC + R_θCS + R_θSA. Типичное сопротивление термопасты – 0.5°C/Вт, а радиатора с принудительным обдувом – 2–4°C/Вт.

Проверяйте динамические потери при высоких частотах. На 100 кГц даже малая ёмкость перехода 100 пФ добавит 0.2 Вт при напряжении 20 В. Формула: P = C × V² × f.

Как узнать тепловыделение полупроводникового прибора в работающей цепи

Измерьте падение напряжения между коллектором и эмиттером (V_CE) и ток коллектора (I_C) в режиме нагрузки. Перемножьте эти значения: P = V_CE × I_C. Для точности используйте осциллограф, если сигнал импульсный.

Пример: при V_CE = 3.2 В и I_C = 0.5 А тепловыделение составит 1.6 Вт. Сравните результат с максимально допустимым значением из даташита (например, 2 Вт для TO-92).

Для ключевых режимов учитывайте время переключения. Формула для ШИМ: P = I²_C × R_CE(sat) × D + (V_CE(off) × I_C × (1-D)), где D – коэффициент заполнения.

Проверьте температуру корпуса термопарой. Превышение 70°C требует пересмотра условий работы или установки радиатора.

Формулы и примеры для разных режимов работы

1. Активный режим: Для биполярных элементов в усилении тепловыделение определяется как произведение тока коллектора (I_C) и напряжения между коллектором и эмиттером (V_CE):

P = I_C × V_CE

Пример: при I_C = 50 мА и V_CE = 12 В получаем 600 мВт.

2. Насыщение: В этом состоянии падение напряжения на переходе (V_CE(sat)) минимально. Формула:

P = I_C × V_CE(sat)

Пример: I_C = 2 А, V_CE(sat) = 0.2 В → 0.4 Вт.

3. Отсечка: Ток близок к нулю, поэтому тепловыделение пренебрежимо мало.

4. Ключевой режим: Учитывается время переключения (t_sw) и частота (f). Для МОП-структур:

P = 0.5 × V_DS × I_D × (t_r + t_f) × f

Пример: V_DS = 24 В, I_D = 5 А, t_r = 10 нс, t_f = 8 нс, f = 100 кГц → 1.08 Вт.

5. Линейный участок: Для полевых элементов в области омического закона:

P = I_D² × R_DS(on)

Пример: I_D = 3 А, R_DS(on) = 0.1 Ом → 0.9 Вт.