Насколько плотно я могу установить TO-220 на шину?

12

Я строю небольшую коммутационную цепь, состоящую из 8 МОП-транзисторов (двунаправленная блокировка, по 4 в каждом направлении), которая должна переключать 100-200А при частоте около 1 кГц.

введите описание изображения здесь

Я пришел к выводу, что, поскольку печатная плата с толстым медным слоем недоступна, гораздо лучшим решением будет просто установить MOSFET непосредственно на шину, к которой также крепятся силовые кабели. Таким образом, мне нужно только припаять контакт источника между полевыми МОП-транзисторами (на открытом воздухе). Это решает несколько проблем: хорошее тепловое рассеяние, низкое падение напряжения от кабеля к MOSFET и легкий монтаж / замена всех компонентов с очень малой пайкой.

У меня вопрос: насколько плотно я должен прикрепить пакет TO-220 к шине? Правильно ли я предположить, что вся электроника находится внутри черной пластиковой детали, и поэтому я могу затянуть ее так сильно, как хотелось бы? Есть ли потенциальные проблемы, например, деформация тепла, вызывающая плохое соединение и т. Д.?

Вот моя схема для любопытных:

схематический

смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Изменить: Добавлена ссылка на таблицу данных MOSFET . Лист данных от производителя, показывающий детали пакета, но не показывающий D, связанный с вкладкой.

user95482301
источник
2
Чтобы уточнить, вы ищете цифры крутящего момента?
W5VO
9
Затягивайте его, пока нити не оторвутся, затем отведите его на четверть оборота. Если серьезно, то вы делаете не несущее соединение, а электрическое и тепловое. Вы строите цепь, а не подвесной мост, просто твердо сделайте это вручную с помощью отвертки / гаечного ключа, и все готово.
Wossname
2
До 200A через 4 Mosfets составляет 50A каждый. Если это будет продолжаться, вы, вероятно, растопите провода от вашего mosfet.
Марсель
8
Также остерегайтесь использования орехов Nyloc в условиях высокой температуры. Вы могли бы быть лучше обслужены запирающими шайбами.
Wossname
2
@ MarcusMüller, в техническом описании указано «Непрерывный ток утечки 120А» и «Импульсный ток
утечки

Ответы:

22

Часть, из которой вы пытаетесь получить тепло, находится примерно в центре черной пластиковой детали и установлена ​​напротив свинцовой рамы. Искажение свинцовой рамы (металлической детали) из-за перетягивания приведет к плохой теплопередаче и может даже повредить соединение матрицы с свинцовой рамой или самой матрицей, даже если она слегка изогнет свинцовую раму из мягкого металла.

Вы не должны нависать над частью, которая содержит матрицу, как показано в левой части вашей фотографии - в идеале это та часть, которую вы хотите в тесном контакте с радиатором. Винт смещен, потому что неудобно вставлять винт прямо через центр матрицы, но вы действительно пытаетесь создать контакт и некоторое давление между деталью под пластиком и радиатором. Некоторые производители используют пружинные зажимы, которые давят на сам пластик. Со страницы Infineon , здесь часть с огромным внутренним штампом. Имейте в виду, что матрица из хрупкого кремния, а свинцовая рама мягкая и податливая.

введите описание изображения здесь

Vishay Siliconix рекомендует крутящий момент в 15 фунтов на кв. Дюйм (1,7 Нм) для своих упаковок TO-220. Существует ограниченное преимущество над 10-фунтовыми, как показано здесь:

введите описание изображения здесь

Довольно часто используют динамометрические отвертки и гаечные ключи с силовыми устройствами, и, как и все остальное, они могут требовать регулярной калибровки и тестирования. Недорогие, которые используются оружейниками и т. Д., Стоят от 50 долларов США.

Спехро Пефхани
источник
Согласны ли вы с пользователем выше, что при моем пайке подводящих проводников провода могут накапливать тепло, которое не будет рассеиваться в радиаторе / шине достаточно быстро, чтобы предотвратить перегрев?
user95482301
Хороший вопрос о свесе. Я проверил, и, к счастью, вылет металлической детали составляет всего ~ 1 мм - что, я надеюсь, будет приемлемым. Я надеялся, что чип не станет теплее, чем «теплый на ощупь», но, возможно, я слишком оптимистичен. Если ток 100А делится на 4 полевых МОП-транзистора, то он будет только по 25А каждый с сопротивлением включения + 2,5 мОм (или меньше) + нагрев (но переключение на 1 кГц должно быть довольно низким?)
user95482301
2
@ user95482301 Ваши расчеты мощности, описанные выше, чрезвычайно случайны - что-то такое мощное требует гораздо более тщательного термического анализа, особенно когда вы делите мощность между MOSfets. (Предполагая, что равная доля 25A слишком оптимистична).
glen_geek
@glen_geek, так ... 5 MOSFETs тогда? :) Я просто увлекаюсь, поэтому изучение термического анализа, вероятно, обходится дороже, чем слишком большой размер? Разве МОП-транзисторы не будут в какой-то степени самоуравновешены (+ / 20% текущий дисбаланс по сравнению со средним)? Например, я могу предположить, что у одного 30А, а у другого 10А? В конце концов, я надеюсь, что медь будет поглощать тепло и что я мог бы просто добавить вентилятор, если это необходимо (и, возможно, добавить датчик температуры на шине для контроля)
user95482301
1
@glen_geek Я не специалист по мошенникам, но когда я провел небольшое исследование, чтобы написать этот комментарий, я наткнулся на onsemi.com/pub_link/Colalendar/AND8199-D.PDF . В этой статье указывается, что МОП-транзисторы имеют положительные температурные коэффициенты, поэтому они имеют общую тенденцию к балансировке нагрузки. Конечно, это не будет идеальный баланс, но, по крайней мере, эта статья предполагает, что не будет проблем с тепловым убеганием.
Cort Ammon
11

Правильно ли я предположить, что вся электроника находится внутри черной пластиковой детали,

да,

и что я могу поэтому затянуть его так сильно, как хотел бы?

Нет, так как это приведет к деформации металлической детали, которую вы привинчиваете к шине, и это не будет хорошо сочетаться с внутренностями черной пластмассовой детали :)

Но при условии, что вы не планируете использовать грубую силу:

Задача прижать корпус к металлическому стержню - минимизировать толщину слоя термопасты между корпусом и стержнем. В какой-то момент это увеличение давления не приведет к значительному уменьшению толщины. Я бы назвал это «быстрым ручным способом с помощью обычной отвертки»; но я уверен, что официальные стандартные документы это.

РЕДАКТИРОВАТЬ с альтернативной таблицы данных, которая фактически показывает, что вкладка подключена к стоку, ваша схема имеет гораздо больше смысла :)

Так что да, в этом случае нет термопасты. Вместо этого я бы просто припаял его к шине

  • нанесение паяльной пасты и размещение транзисторов на шине (необязательно даже крепление их винтом, если узел не может подвергаться значительным вибрациям: в этом случае винт обязателен для уменьшения риска растрескивания паяных соединений),
  • нагревание шины снизу до такой степени, что паяльная паста плавится и обеспечивает хороший контакт,
  • выключить отопление,
  • и затем немедленно начните охлаждать его, возможно, потоком свежего воздуха, чтобы убедиться, что "волна тепла", идущая снизу, не достигнет гораздо более высокой температуры. Не переусердствуйте с охлаждением, так как быстрые тепловые изменения не очень хороши для свойств паяного соединения и целостности вашего транзистора.

Обратите внимание, что это может быть проще сделать с пакетом 263.

Маркус Мюллер
источник
Я не буду применять термопасту, так как хочу максимальной электропроводности. Вы сказали бы, что мое приложение все еще подходит?
user95482301
Насколько я прочитал таблицу данных MOSFET, которую вы используете в своей схеме, я не нашел никаких признаков металлического фланца, подключенного к воротам, источнику или сливу, поэтому я предположил, что он изолирован!
Маркус Мюллер
1
@SpehroPefhany спасибо! да, эта вторая таблица - это катастрофа.
Маркус Мюллер
3
@ user95482301 Ну, если они это сделают, то, не говоря об этом в технических данных, которые несколько инженеров приняли за правильного, само по себе является катастрофой.
Маркус Мюллер
3
@ MarcusMüller Возможно, вы недооценили важность винта в своей первой пуле (даже если OP припаивает лапку): если сборка подвергается значительному и постоянному уровню вибраций, паяные соединения могут в конечном итоге растрескиваться. ОП не дал ни малейшего представления о конкретном применении, но вполне разумно думать о какой-то тяжелой промышленной среде (что-то прикрепленное к шасси тяжелой машины?).
Лоренцо Донати - Codidact.org
5

Я бы посоветовал вам, если вы продолжаете работать с высокоточными соединениями с пакетами TO-220, вы создаете для себя сценарий обслуживания / ремонта в полевых условиях. Для любого профессионального приложения гораздо лучше выбрать устройство на основе модуля, такое как это . Модули на сегодняшний день являются лучшими, если учитывать все, что должно быть прикреплено болтами к сборке сборных шин, и сегодня они не слишком дороги.
Как только вы попадаете в диапазон 50-100 А, размеры кабелей становятся громоздкими и должны быть прочно закреплены. Простые паяные соединения всегда подвержены риску и со временем могут стать хрупкими.

Для любого хобби вы должны рассмотреть:

  1. Болт, удерживающий пакет на шину для TO-220, слишком мал. Даже если вы используете весь диаметр монтажного отверстия TO-220, вы вряд ли сможете достичь давления> 10 дюймов / фунтов при любой реальной долговременной устойчивости, даже с помощью стальной и пружинной шайбы. Напорные контакты, такие как это, нежизнеспособны при больших токах.

  2. Пайка пакета TO-220 всегда является опцией, но пайка нескольких устройств на шину является неосуществимым решением, вряд ли вы когда-нибудь сможете его починить.
    Припаяйте пакет к медной полоске ( для этой цели я использую медные вкладки ETP 0,125 x 0,5 x 1,25 ). Их можно легко припаять в выдвижном ящике SMT (добавить вкладку, а затем, когда она достигнет температуры, добавить устройство с флюсом на задней панели), такие вкладки позволяют использовать многократные и намного большие размеры крепежных болтов с разумной способностью крутящего момента. Когда вы привинчиваете выступы к сборной шине, очищайте соединения, но не используйте смазку радиатора, так как она не является электропроводящей. Всегда используйте стальную плоскую и пружинную шайбу под гайкой и плоскую шайбу под головкой винта.

  3. Соединения TO-220 со свинцовой рамой не предназначены для свободных проводных соединений, особенно при более высоком токе. Если вам нужно это сделать, то используйте обжимную проволочную проволоку, подобную этой, чтобы обеспечить беспроблемное паяное соединение с меньшей вероятностью температурного старения. Вам также необходимо поддерживать провод, так как ведущая рама сломается, если у вас есть даже среда со средней вибрацией. Ведущая рама не должна подвергаться воздействию каких-либо боковых или изгибающих сил. Хорошей идеей будет поддерживать такие соединения с помощью двухкомпонентного барьера для снятия напряжения.

Джек Криси
источник
Меня беспокоило то, что модули SOT-227, по-видимому, имеют высокий показатель Rdson и кажутся дорогими по сравнению с необработанными значениями таблицы (например, 18 долл. США за 155 А / 12,9 мОм не очень привлекательны по сравнению с 1 долл. США за 120 А / 2,5 мОм ... ). Но, очевидно, модуль гораздо более управляемым. Все более управляемо, если вы готовы бросить деньги на специализированный продукт.
user95482301
Как вы думаете, такой подход будет лучше? Я предполагаю, что это решило бы несколько проблем: например, токонесущая / теплоемкость ножек, нет проблем с вибрацией / паяными соединениями ... но не было бы сопротивления затвора, это могло бы быть проблемой (и пайка резистора к затвору привела бы к повторному введению проблема вибрации в суставе): turtlesarehere.com/assets/images/Gate-Source.jpg
user95482301
@ user95482301 Серия Сопротивление затвора не является существенным в конструкции, и все конструкции имеют встроенное ограничение тока заряда I (затвора). Проблема с пайкой приводит к Gate и Source в том, что пакет не предназначен для этого типа реализации. Ваш пример затрат гораздо сложнее, чем просто цена. Предположим, что при 120 A вам понадобится провод как минимум 1-4 AWG для передачи этого тока (и рассеивания тепла от соединения). Как бы вы предоставили паяное соединение? Какую другую форму прекращения или поддержки вы бы могли / могли бы построить? Практически все, что вы делаете здесь, подвергается механическому риску.
Джек Криси
@ user95482301. Я использовал этот подход (медные вкладки) в нескольких ситуациях хобби на протяжении многих лет, и его всегда было легко исправить (когда дым выходит). Я также работал над профессиональными 3-фазными источниками питания (Supermini Era) с током в 100 ампер и обнаружением короткого замыкания в диапазоне 1000 А. Сюда выходит не только дым, но и синий свет тоже ... и он имеет тенденцию оставлять обломки.
Джек Криси
1

Из графика видно, что крутящий момент, который вы должны использовать, равен 10 дюйм-фунтам.

Из-за возможных нагревательных и механических проблем я рекомендую использовать металлическую стопорную шайбу между головкой винта и выступом TO-220. Кроме того, вы должны минимизировать свес, но не настолько короткий, чтобы выводы были в положении, склонном к короткому замыканию на шине.
Я твердо убежден в том, что нет лучшего учителя, чем опыт, поэтому продолжайте и создайте схему, она "покажет вам" любые недостатки, которые может иметь ваш дизайн. Имейте в виду, что это нормально для прототипа , а не для готового коммерческого продукта.

Guill
источник
0

Насколько плотно 7 нм. Используйте гайку и болт ж / внешней звездой стопорную шайбу и мазок постоянного шкафчика нить Loctite будет держать пакет TO220 надежно.

danny117
источник