En este ejemplo, comenzamos con partes que parecen excesivas al principio, pero necesitamos usar tres partes en paralelo para distribuir la carga.
En este ejemplo, comenzamos con partes que parecen excesivas al principio, pero necesitamos usar tres partes en paralelo para distribuir la carga.
En mi última columna, presenté los MOSFET y describí hojas de datos para un par de dispositivos de pequeña señal. Como se prometió, esta columna analiza los MOSFET de alta potencia.
En lugar de buscar partes al azar y abrir una hoja de datos, comience con una idea de diseño y considere las partes que elija para implementarla.
Además de ingeniero, también soy radioaficionado.Una de mis cosas favoritas para hacer son los días de campo (eventos de radioaficionados que son parte de concursos, ejercicios de preparación para emergencias, demostraciones públicas de radioaficionados) – mire Día del deporte para ingenieros.). Durante los últimos años, esto ha incluido la alimentación de radios con baterías.
Ahora, cuando muchas personas usan una gran cantidad de baterías para operar sus radios, existe el peligro de que las baterías en uso caigan a voltajes más bajos de lo deseado para su vida. Hace unos diez años pensé que sería una buena idea idear un circuito que proporcionara un cierre para proteger la batería y las notas de diseño relacionadas parecen haber desaparecido cuando las estoy buscando ahora.
Tanto la radio como la fuente de alimentación deben estar conectadas a tierra, por lo que se debe cambiar la fuente de alimentación positiva. Esto se hace más fácilmente con un MOSFET de canal P, ya que se enciende tirando de la puerta a un voltaje más bajo que la fuente. Desafortunadamente, los MOSFET de canal P pueden ser más costosos para los tamaños que estoy buscando.
Hablando de eso, ¿qué estoy buscando? Esta es una buena pregunta. Comencemos con el diagrama de bloques que se muestra a continuación.
En lugar de buscar en Internet un MOSFET de canal P adecuado, fui al gabinete de piezas y busqué piezas que recuerdo haber comprado para este propósito. Afortunadamente, este fue un momento en el que estaba tan interesado en almacenar mis piezas correctamente cuando las obtuve.campo de arroz.
Una búsqueda rápida en el sitio web de Infineon condujo a Hoja de datos correspondienteComo siempre, lo alentamos a que abra esta hoja de datos en pantalla o la imprima para facilitar su comprensión.
Lo primero que noté fue que la hoja de datos decía International Rectifier en lugar de Infineon. Debe haber habido una adquisición en alguna parte (¿soy el único que lucha por saber quién compró a quién?), pero al menos estas piezas son fáciles de encontrar en el sitio web de Infineon.
Las especificaciones enumeradas en la primera página parecen exageradas a primera vista, ya que esta parte solo se usará para cambiar de 12 a 15 V a un pico de 30 A. Como veremos, la especificación clave de esta aplicación es R.SD (activado) Está listado como 0.02Ω. Esta parte se ofrece en un paquete TO-220. Esto significa que puede consumir energía (use un disipador de calor si es necesario).
La temperatura máxima de unión para esta pieza es de 175 °C y se proporcionan los valores de resistencia térmica de unión a carcasa, unión a ambiente y carcasa a disipador. Ahora todo lo que queda es calcular cuánta energía consume.
Dado que tenemos la intención de usar esta parte estrictamente en modo encendido/apagado y queremos asegurarnos de que esté completamente encendida, veamos las características eléctricas donde se conoce R.SD (activado) Medido en VSG = 10V y yoD. = 38A. La mayoría de las veces hay al menos 11 V encendidos y la radio consume menos de 30 A cuando transmite, por lo que debería ser fácil.
Luego ve al consumo de energía. Afortunadamente, como todos los MOSFET, la corriente de puerta es muy pequeña (máximo IGSS es 100nA), por lo que el impacto en el consumo de energía es insignificante.
Cuando el MOSFET está encendido, es efectivamente una resistencia de valor R.SD (activado)Es por eso que estamos realmente preocupados por R.SD (activado) Valor del MOSFET de potencia.Esta resistencia determina el consumo de energía, por lo que cuanto menor sea, mejor
en este caso pD. = yoD.2 *RSD (activado)Entonces, si tengo 30A,D.lo que da 900*.02 = 18 W.
Recuerdo volver a la página 1 de la hoja de datos y ver hasta 200 W, pero no estamos ni cerca de eso, así que debería funcionar, ¿verdad?
Por si acaso, hagamos un cálculo de calor. Planeo usarlo en una reunión atlética al aire libre en América del Norte en el verano, por lo que sería mejor establecer la temperatura ambiente un poco más alta. Creo que 40°C es suficiente.
Sin disipador, RθJA La temperatura en esta parte es de 62ºC/W, dando un aumento de temperatura de 18*62 = 1.116 ºC. ¡dolor! No creo que esta parte dure mucho sin un disipador de calor que consume 30 A de corriente.
Otra consideración que aún no se ha discutido es cuánta caída de voltaje ocurrirá en este circuito. Después de todo, necesita la mayor cantidad de voltaje posible para llegar a su radio.La caída de tensión será I.D. *RSD (activado) o 30 * 0,02 = 0,6 V. No sé si a mi radio le gustará. Especialmente cuando el voltaje de la batería comienza a caer.
Puede que sea hora de repensar un poco este diseño.
Empecemos por ver cuánta corriente podemos pasar por esta parte sin disipador.
Con un ΔT máximo de 175-40 = 135ºC a 62ºC/W se pueden disipar 2,18W. Esto da una corriente máxima de 10.4A. Esto es aproximadamente 1/3 de la corriente requerida.
¿Qué pasa con el uso de múltiples MOSFET en paralelo?¿También es una buena idea?
Dado que las características de cada MOSFET pueden ser ligeramente diferentes (incluido R)SD (activado)), necesitamos entender cómo interactúan estos componentes a diferentes cantidades de corriente.
Echemos un vistazo a la hoja de datos y descubramos qué puede suceder.
La tabla de características eléctricas de la página 2 solo muestra un máximo de 0,02Ω. Si observamos el gráfico de la resistencia normalizada frente a la temperatura (Figura 4 en la página 3), podemos ver que la resistencia aumenta con la temperatura de la unión. Según este gráfico, suponiendo que la resistencia comienza en 0,01 Ω a 25 °C, alcanza los 0,015 Ω a una temperatura de unión de 120 °C. Esto significa que a medida que el MOSFET se calienta, su resistencia aumenta, por lo que su cuota de corriente disminuye. Ahora la corriente está disminuyendo, por lo que el aumento de temperatura es más lento y, como resultado, ambos MOSFET transportarán aproximadamente la misma tasa de corriente en equilibrio (suponiendo que no haya sobrecarga).
El resultado final es que en este caso es aceptable poner dos o más partes en paralelo para aumentar la capacidad de carga actual. Esto se debe a que puede esperar que lleven aproximadamente la misma carga.
Uno de los efectos beneficiosos de hacer esto es colocar varias R.SD (activado) Paralelamente, reduce la resistencia efectiva. Esto reduce la caída de tensión. La colocación de tres de estos MOSFET en paralelo proporciona una resistencia efectiva máxima de aproximadamente 0,0067 Ω. A 30A la caída de voltaje cae a 0.2V. creo que esto esta bien.
Ahora, con 10 A cada una, nos estamos acercando a los límites de funcionamiento de estas piezas sin disipador térmico. No me gusta operar partes cerca de sus límites, así que agregué un disipador de calor a este diseño. Así que esto es lo que tenemos hasta ahora:
Como puede ver, comencé con la parte que parecía exagerada al principio, pero terminé poniendo tres partes en paralelo para repartir la carga. También necesito diseñar un circuito de detección de corte de voltaje, pero eso es para otro momento.
Por último, pero no menos importante, me gustaría hacer un punto importante en esta columna.Como referencia, el transistor BJT es ganar Es decir, operar en ellos en paralelo es generalmente No Buena idea. Como siempre, los comentarios y preguntas son bienvenidos. También agradezco sugerencias para varias hojas de datos de componentes que puedo considerar en futuras columnas.