ヒートシンクなしのTO-220で1Wを消費しますか？

ヒートシンクのないTO-220は、静止空気中で1Wを消費できますか？

または、質問する別の方法は次のとおりです。周囲温度を25℃と仮定して、TO-220パッケージMOSFETで消費できる最大電力を計算するにはどうすればよいですか？それが役立つ場合、MOSFETはFDP047N10です。約12.5Aの連続電流を処理します（スイッチングなし）。

また、100KHz（デューティサイクル50％でオン）でスイッチングするMOSFETと、連続的にオンになっているMOSFETの消費電力の違いを理解したいと思います。

最後の1つの質問：2つのMOSFETを並列に接続してFETごとの電力消費を減らす場合、両方が同じ量の電力を供給することを確認する（または確率を上げる）ためにできることはありますか？

2番目の質問に答える：

スイッチングMOSFETには2種類の損失があります。伝導とスイッチング。伝導損失は、通常の損失です。50％のデューティサイクルでオンになるようにMOSFETを制御すると、伝導損失はDC（常時オン）損失の50％になります。$I_D^2 \times R_{DS(on)}$

スイッチング損失には、オン状態からオフ状態に移行する際のデバイスのゲートと損失を制御するために必要なエネルギー量が含まれます。MOSFETをオンにすると、が流れ始め、V D S電圧がまだ最大の間隔があります。MOSFETチャネルが飽和するとV D Sは低下します。この間に消費される電力はターンオン損失と呼ばれます。同様に、ターンオフでは、I Dが下降し始める前にV D Sが上昇する間隔があります。これは（当然のことですが）ターンオフ損失と呼ばれます。$I_D$$V_{DS}$$V_{DS}$$V_{DS}$$I_D$

100kHzの動作について話すときは、ターンオン損失とターンオフ損失を考慮する必要があります。ほとんどの場合、DC状態よりも電力が少なくなりますが、50％は節約されません。

3番目の質問に答える：

MOSFET には正の温度係数があります-暖かくなるほど、R D S （o n ）が高くなります。2つのMOSFETを類似の特性（すなわち、同じメーカーの同じ部品番号）で並列に接続し、それらを同じように駆動し、PCBレイアウトに大きな非対称性がない場合、MOSFETは実際に電流を非常にうまく共有します。ゲートが互いに直接接続されると奇妙に相互作用する可能性があるため、各MOSFETが各ゲートと直列の独立した抵抗器を持っていることを常に確認してください（抵抗器のない並列ゲートは絶対にしないでください）$R_{DS(on)}$$R_{DS(on)}$

これは簡単です。計算を行います。データシートをご覧ください。1ワットあたりのダイと周囲の空気の間にdegCの差がいくつあるかを示す熱抵抗仕様が必要です。次に、それを最悪の場合の周囲温度に追加し、最大許容ダイ温度と比較します。

ほとんどのトランジスタとICの場合、TO-220ケースは1Wで熱くなりますが、通常は動作範囲内に留まります。1/2 WIでは、心配する必要はありません。1Wでデータシートをチェックして計算を行いますが、おそらく大丈夫でしょう。

しわの1つ：データシートには、ダイ対ケースの熱抵抗のみが記載されている場合があります。次に、ケースから周囲への熱抵抗を追加する必要がありますが、これははるかに高くなります。幸いなことに、これは主にトランジスタではなくTO-220ケースの機能であるため、そのための一般的な図を見つけることができるはずです。優れたデータシートにより、両方の熱抵抗値が得られます。

追加：

以前にデータシートのリンクをたどっていませんでしたが、必要なものはすべてそこに明記されていることがわかりました。ダイから周囲までの熱抵抗は62.5 C / Wであり、ダイの最大動作温度は175℃です。あなたはあなたの周囲温度が25℃だと言った。そこから1Wでダイに上昇を追加すると、88Cが得られます。それは最高動作温度より87℃低いので、答えは非常に明確です。あなたのトランジスタは25℃の自由空気で1Wで問題ありません。

最初の質問に答える：

$\Omega$$P = I_D^2 \times R_{DS(ON)} = 12.5^2 \times 4.7m\Omega = 735mW$

1. 生成されたエネルギーの量、
2. 環境にエネルギーをどれだけ簡単に排出できるか

（最初の要因は、温度上昇の原因となるエネルギーであるため、「電力」ではなく「エネルギー」です。ただし、計算では定常状態を想定し、エネルギーではなく電力で作業できるようにすべてを時間で分割できます。）

私たちはパワーを知っています、それは1Wです。エネルギーをどれだけ簡単に排出できるかは、熱抵抗（K / W）で表されます。この熱抵抗は、データシートで通常（見つける必要がある）いくつかの異なる熱抵抗の合計です。ジャンクションからケースへの抵抗とケースから周囲への抵抗があります。前者は非常に低く、これは熱伝達が伝導によるため、後者は熱伝達が対流によるため、はるかに高い値です。。Olinが言っているように、後者はケースタイプ（TO-220）のプロパティであるため、データシートでは見つからない可能性があります。しかし、幸運なことに、データシートには接合部から周囲までの合計熱抵抗62.5 K / Wが記載されています。つまり、消費電力が1Wの場合、接合部温度は環境より62.5 K（または°C）高くなります。エンクロージャー内の温度が25°C（かなり低い！）の場合、ジャンクション温度は87.5°Cになります。これは、シリコンの最高温度と見なされることが多い125°Cよりもはるかに低いため、安全です。ケースの温度はジャンクションとほぼ同じになるため、MOSFETは高温になり、接触するには高温になります。

注：このWebページには、さまざまなパッケージのケースから周囲までの熱抵抗が記載されています。

他の答えを補完するものとして、TO-220であろうとヒートシンクの有無に関わらず、コンポーネントが消費電力を処理できるかどうかを判断できる等価回路を以下に示します。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

ジャンクション温度（「電圧」）を解決するときに電圧源が気になる場合は、それを取り外して、周囲温度（GNDは周囲温度/電位）に対して温度上昇を処理できます。

• R1、R2、C1はコンポーネントデータシートから取得
• R3は、使用されているサーマルペーストのデータシート、または接触している材料の熱抵抗VS接触圧力のグラフ（接触面積に依存）から取得されます。
• R4およびC2はヒートシンクのデータシートから取得され、R4はエアフローに依存する必要があります。

一般に、「ケース」はタブがある場合はそれを意味します（そうでない場合は実際のケース）が、そうでない場合はそれに応じて等価回路を微調整できるはずです。その電圧から。

定常状態では、サーマルコンデンサが取り外されている（完全に「充電済み」/加熱されている）と仮定します。たとえば、ヒートシンクなし：

消費電力が熱時定数と比較して高速に切り替わる場合、通常、メーカーが提供する可能性のある特定の静電容量（経験則は3（Ws）/（K.kg））と関連する質量を乗算する必要があります容量、および通常のRC料金を処理します。

空気が循環していない場合、および/または密閉されている場合、コンポーネントの周囲温度は周囲の温度よりもはるかに高くなる可能性があることに注意してください。このため、またすべての値は通常あまり正確ではないため、T0については重要であり、T1では少なくとも安全係数または1.5（上記のように）またはできれば2を使用します。

最後に、コンポーネントデータシートのVSジャンクション温度のプロットを見て、OKのような温度では回路のパフォーマンスが損なわれる可能性があるため、低い方の最大温度を変更することを検討する必要があります。特に、温度サイクルはコンポーネントの寿命を縮めます-経験則では、10°Cの増分ごとに寿命が半分になります。

wikiの式によると、TO-220接合部から空気への熱対周囲温度の定数は、ワットあたり62.5度です。ジャンクションの周囲温度が125C-70Cの場合（最悪の場合）/62.5 = 55 / 62.5 = 880ミリワット。

自動車用途の限界と言えます。

したがって、答えは「いいえ」です。たとえ125C（ouch）の制限を維持できたとしてもです。

また、FETに適用できるかどうかを尋ねます。FETは熱暴走モードを備えているため、さらに疑問が生じます。ジャンクション温度が高くなると、電気曲線の消費電力はさらに大きくなる傾向があります。そのため、制限を維持できません。FETの並列接続は暴走を悪化させず、負荷を自己バランスさせますが、デバイスのわずかな違いが突入電流に起因するゲート電圧のリンギングを引き起こし（高インピーダンスピンの隣に大きな電流スパイクがあります）、振動して熱的に劣化します。（編集：Madmanのコメント：同期整流器などでゼロクロス時間に切り替える場合、この側面は無視できます）。

最終的な答えは「いいえ」と「いいえ」です。

私の控えめな見積りでは、880を3で割る=約300 mWで、200％のワット数の安全マージンを維持します。

「ダイから周囲への」熱抵抗とは、無限ヒートシンク、または一般に1インチ平方の銅基板、またはメーカーが指定した同様のテストに取り付けられることを意味します。デバイスがそのように取り付けられている場合、「周囲」温度はヒートシンクの温度です。デバイスがそのように取り付けられていない場合、デバイスの「周囲」は、デバイスを取り巻く高温の空気の温度であり、遠く離れた空気の25°Cではありません。

静止空気の熱抵抗は1平方メートルあたり約0.1-0.2 K / Wであり、TO-220パッケージの面積は約300 mm2であるため、周囲から周囲への熱抵抗の最初の推測は約500Cです。 / W。これは、インターネットで入手可能な数値の種類と一致しています。TIは、自然対流による1 cm平方から空気への熱抵抗が1000 K / Wであることを示唆しています。AN-2020 Hindsightではなく、Insiteによる熱設計

環境温度が約25℃、熱抵抗が約500ケースから環境、約50ジャンクションからケース、最大ジャンクション温度が150℃の場合、許容電力は（150-25）/ 550 W、または非常におおよそ

約200 mW。

デビッドは基本的に、MOSFETは+1になると述べていますが、他の理由のいくつかは、デバイスの電流が固定されているときにあなたの都合が悪いオン抵抗の厄介な正の温度係数です。高温になるため、1ワットは2ワットになります。高い入力容量により、ゲートドライバーが高速の場合、内部ゲート抵抗で電力が無駄になります。このゲート電力は重要であり、考慮に入れる必要があります。特にハードスイッチングの場合は損失が大きくなるため、ゲートを大幅に遅くすることはできません。DS電圧が適度に高い場合、ミラー効果によりドレインゲート容量が増幅され始めます。さらに悪いことに、これだけでは十分でない場合は、ターンオン時のダイオード回復を考慮してください。