ТО-92 недостаточно жарко

Я управляю вентилятором постоянного тока с помощью микроконтроллера AVR, и мне интересно узнать о тепловых характеристиках NPN-транзистора 2N3904, к которому подключен вентилятор.

Чтение транзистора технического описания , я нахожу следующие значения:

р_{θ J - A} знак равно 200^{\circ} C / Вт

$R_{\theta J-A} = 200\text{ }^{\circ}\text{C/W}$

р_{θ J - С} знак равно 83,3^{\circ} C / Вт

$R_{\theta J-C} = 83.3\text{ }^{\circ}\text{C/W}$

Я ожидаю, что тепловое сопротивление между окружающей средой и корпусом будет:

р_{θ С - A} знак равно р_{θ J - A} - р_{θ J - С} знак равно 116,7^{\circ} C / Вт

$R_{\theta C-A} = R_{\theta J-A} - R_{\theta J-C} = 116.7\text{ }^{\circ}\text{C/W}$

То есть, я ожидаю, что случай увеличится на сравнению с температурой окружающей среды на каждый ватт мощности, который подается через транзистор. $116.7\text{ }^{\circ}\text{C/W}$

Теперь, считывая напряжение на клеммах вентилятора с помощью моего мультиметра, а также ток, который истощает вентилятор:

В знак равно 11,45 В

$V = 11.45\text{ V}$

A знак равно 73 мА

$A = 73\text{ mA}$

Теперь я рассчитываю температуру корпуса, который я должен ожидать:

п знак равно В \times A знак равно 0,83 W

$P = V \times A = 0.83\text{ W}$

T_{С} знак равно T_{A} + п \times р_{θ С - A} знак равно 18 + 0,83 \times 116,7 знак равно 114,86^{\circ} С

$T_C = T_A + P \times R_{\theta C-A} = 18 + 0.83 \times 116.7 = 114.86\text{ }^{\circ}\text{C}$

После того, как вентилятор работает в течение 5 с лишним минут, я продолжаю прикасаться к транзистору и с треском проваливаюсь. Температура корпуса, возможно, немного выше температуры окружающей среды, но недостаточно теплая, чтобы я чувствовал какие-либо ощущения жара в пальцах.

Где-то на этом пути я допустил огромную ошибку в своем понимании теплового дизайна. Что я делаю неправильно?

transistors thermal power-dissipation

— Никола Малешевич
источник

Хорошая работа, составление связного вопроса и показ вашей работы.

— Мэтт Янг

^ + 1, но я не понимаю ваших рассуждений о тепловом сопротивлении «случай-среда». Мощность рассеивается на соединении, а вы измеряете в корпусе, поэтому вы должны использовать значение R_j-c в своих расчетах. Корпус нагревается на 83,3 ° С на ватт, рассеиваемый в месте соединения.

— Вофа

A V_{C C}

$\small AV_{CC}$

@vofa R_j-c даст мне разницу в температуре между соединением и корпусом. Хотя это полезно, это не то, что я могу измерить пальцем. Я пытаюсь предсказать разницу между корпусом и окружающей средой, и это соответствует реальному миру при правильном расчете мощности, используемой транзистором.

— Никола Малешевич

@SamGibson Рисунок выше очень упрощен. Я на самом деле использую ATmega32 с парой датчиков температуры, парой вентиляторов, последовательной связью и т. Д. Но все это может внести шум в этот вопрос. У меня уже есть развязывающие колпачки, а также аналоговое шумоподавление. Спасибо за комментарий, хотя.

— Никола Малешевич

0,83 Вт - это мощность вентилятора, а не транзистора.

Мощность, рассеиваемая транзистором, по существу та же самая величина тока, но умноженная на напряжение от C до E, которое, вероятно, составляет только порядка 200-300 мВ при насыщении. Это может привести к рассеиванию транзистора примерно на 15-20 мВт, что даст вам повышение в случае, если температура всего на несколько градусов максимум.

— Дэйв Твид
источник

Это имеет смысл, спасибо. Я измерил падение напряжения 170 мВ между коллектором и эмиттером, дав мне повышение температуры на 1,45 градуса Цельсия, что соответствует ощущению на моих пальцах. Прекрасно! Остальные мои рассуждения звучат?

— Никола Малешевич

Ну, в точку. Да, допустимо добавлять и вычитать тепловые сопротивления таким способом. Тем не менее, имейте в виду, что на значение сопротивления «корпус-окружение» сильно влияют такие вещи, как касание корпуса пальцем или даже степень его дыхания, поэтому попытка предсказать конкретное повышение температуры будет подвержены всевозможным ошибкам.

— Дэйв Твид