Расчет тепловых потерь мощного ключа

Типовой расчет потерь ключа основан на типовых формах токов и напряжений. Реальные кривые имеют отличительные особенности, связанные с переходными процессами и действием паразитных элементов схемы. На рис. 4.1 показан типовой процесс кривых тока и напряжения в переходном процессе включения и выключения полупроводникового ключа для индуктивной нагрузки [9].

Мощность потерь транзистора равна:

.

где — максимальный ток стока мощного транзистора в пусковом режиме (I_пус)=4,26 А;

= 150 В;

для транзисторов MOSFET,.

Т — период коммутации=404 мкс;

t_выкл — время выключения VT (время спада тока стока)=21 нс;

t_вкл — время включения мощного транзистора (время нарастания тока стока — справочная величина) =31 нс;

Необходимо проверить правильность временных параметров в соответствии с выражением:

(самая опасная ситуация для ключей).

Отсюда можно определить t_откр

Тогда рассчитаем мощность потерь транзистора:

Рис. 4.1. Типовые кривые переходного процесса при включении и выключении ключа на индуктивную нагрузку

После вычисления P_тр эту величину сравнивают с P_доп VT. Если выполняется соотношение, то выбор VT произведён корректно и необходимо определить допустимую температуру переходов транзистора для обеспечения рассчитанной мощности в соответствии с рис. 4.2 (справочная зависимость для VT типа MOSFET).

Для данного типа MOSFET транзистора в справочном материале нету зависимости Р_доп (t?C), тогда взяв справочные величины Р_доп при t? C=25?C (Р_{доп 25} = 330 Вт) и коэффициент снижения К_сниж (в Вт/?C) (К_сниж =2,2 Вт/?C) можно построить зависимость самому. Тогда зависимость мощности рассеивания от температуры определяется следующей зависимостью:

Исходя из полученной зависимости определим T_2:

Расчет площади теплоотвода можно производить в соответствии с формулой [5, c. 117].

[см²],.

где P_тр — мощность VT, полученная из расчетов=2,51 Вт;

K_T — коэффициент, характеризующий радиатор. Для алюминия чернёного ;

t_c — максимальная температура среды = 20 ;

R_п-к — тепловое сопротивление переход-корпус=0,45 ;

R_TKM — тепловое сопротивление корпус-радиатор и, применяя шлифовку контакта корпус-радиатор, различные пасты, медные шайбы, можно принять, что =; T_{п max} — min (T₁?C, T₂?C);

Так как ранее рассчитанное значение температуры T₁=170 ?C < T₂=174 ?C то полученное значение T_п max будет равно: T_п max=170 ?C.

Тогда после подстановки значений, неравенство для определения мощности радиатора примет вид: