Seberapa ketat saya bisa memasang TO-220 ke bar bus?


12

Saya sedang membangun sirkuit switching kecil yang terdiri dari 8 MOSFET (bi-directional blocking, 4 di setiap arah), yang harus beralih 100-200A pada sekitar 1kHz.

masukkan deskripsi gambar di sini

Saya telah menyimpulkan bahwa karena PCB dengan lapisan tembaga tebal tidak tersedia, solusi yang jauh lebih baik adalah dengan memasang MOSFET langsung pada bar bus, di mana kabel daya juga dipasang. Jadi, saya hanya perlu menyolder pin Sumber antara MOSFET (di udara terbuka). Ini memecahkan beberapa masalah: disipasi termal yang baik, drop tegangan rendah dari kabel ke MOSFET dan pemasangan / penggantian semua komponen yang mudah dengan penyolderan yang sangat sedikit.

Pertanyaan saya adalah: seberapa ketat saya harus mengencangkan paket TO-220 ke bar bus? Apakah saya benar berasumsi bahwa semua elektronik ada di dalam bagian plastik hitam, dan karena itu saya dapat mengencangkannya sekeras yang saya mau? Adakah potensi masalah, mis. Panas meleleh yang menyebabkan koneksi buruk dll?

Inilah skema saya untuk yang penasaran:

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Edit: Menambahkan tautan ke lembar data MOSFET . Lembar data dari pabrikan menampilkan detail paket, tetapi tidak menunjukkan D terhubung ke tab.


2
Untuk memperjelas, Anda mencari angka torsi?
W5VO

9
Kencangkan sampai benang terlepas lalu kembalikan seperempat putaran. Namun serius, Anda tidak membuat sambungan yang menahan beban, tetapi sambungan listrik dan termal. Anda sedang membangun sirkuit, bukan jembatan gantung, lakukan saja dengan tangan dengan obeng / pemintal mur dan Anda siap melakukannya.
Wossname

2
Hingga 200A hingga 4 MOSFET adalah 50A masing-masing. Jika itu terus menerus, Anda mungkin akan melelehkan timah hitam dari MOSFET Anda.
marcelm

8
Juga, berhati-hatilah menggunakan kacang nyloc dalam situasi suhu tinggi. Anda mungkin lebih baik dilayani dengan mengunci mesin cuci.
Wossname

2
@ MarcusMüller, Lembar data mengatakan "Continuous Drain Current 120A" dan "Pulsed Drain Current 800A"
user95482301

Jawaban:


22

Bagian yang Anda coba untuk mengeluarkan panas kira-kira berada di tengah bagian plastik hitam dan dipasang pada rangka timah. Mendistorsi bingkai timah (bagian logam) dengan pengetatan yang berlebihan akan menghasilkan perpindahan panas yang buruk dan bahkan dapat merusak ikatan cetakan ke rangka timah atau cetakan itu sendiri jika membengkokkan rangka logam lunak, bahkan sedikit.

Anda tidak harus menggantungkan bagian yang berisi cetakan seperti yang ditunjukkan di bagian kiri foto Anda - idealnya itu adalah bagian yang Anda inginkan dalam kontak intim dengan pendingin. Sekrup diimbangi karena tidak nyaman menempatkan sekrup tepat di tengah-tengah die, tetapi Anda benar-benar mencoba membuat kontak dan beberapa tekanan antara bagian di bawah plastik dan pendingin. Beberapa produsen menggunakan klip pegas yang mendorong plastik itu sendiri. Dari halaman Infineon , ini adalah bagian dengan internal die yang besar. Perlu diingat bahwa cetakan silikon rapuh dan rangka timah lunak dan lunak.

masukkan deskripsi gambar di sini

Vishay Siliconix merekomendasikan torsi 15 in-lb (1,7 Nm) untuk paket TO-220 mereka. Ada keuntungan terbatas lebih dari 10 in-lb, seperti yang ditunjukkan di sini:

masukkan deskripsi gambar di sini

Cukup umum untuk menggunakan obeng dan kunci pas torsi dengan perangkat daya, dan seperti yang lainnya, mereka mungkin memerlukan kalibrasi dan pengujian berkala. Yang murah seperti yang digunakan oleh pandai besi dll mulai dari sekitar $ 50 AS.


Apakah Anda setuju dengan pengguna di atas, bahwa dalam aplikasi saya menyolder lead-drain bersama-sama, lead dapat mengumpulkan panas yang tidak akan dibuang ke heatsink / bus bar cukup cepat untuk mencegah panas berlebih?
user95482301

Poin bagus tentang overhang. Saya sudah memeriksa dan untungnya overhang dari bagian logam hanya ~ 1mm - yang saya harap akan diterima. Saya berharap bahwa chip tidak akan menjadi lebih hangat daripada "hangat saat disentuh", tapi mungkin saya terlalu optimis. Jika arus 100A dibagi dengan 4 MOSFET, masing-masing hanya 25A, dengan 2.5mOhm (atau kurang) tahan panas + switching (tetapi 1kHz switching harus cukup rendah?)
user95482301

2
@ user95482301 Perhitungan daya Anda yang dijelaskan di atas sangat biasa - sesuatu yang kuat ini membutuhkan analisis termal yang jauh lebih hati-hati, terutama ketika Anda melakukan pembagian daya di antara MOSfets. (Dengan asumsi pangsa 25A yang sama terlalu optimis).
glen_geek

@glen_geek, Jadi ... 5 MOSFET? :) Saya hanya hobi jadi belajar bagaimana melakukan analisis termal mungkin lebih mahal daripada overdimensioning? Bukankah MOSFET akan menyeimbangkan diri pada tingkat tertentu (+ / 20% ketidakseimbangan saat ini dibandingkan dengan rata-rata)? Misalnya saya bisa berasumsi seseorang memiliki 30A sedangkan yang lain 10A? Pada akhirnya, saya berharap tembaga akan menyerap panas dan saya hanya bisa menambahkan kipas jika perlu (dan mungkin menambahkan sensor temp pada busbar untuk pemantauan)
user95482301

1
@glen_geek Saya bukan ahli dalam MOSFET, tetapi ketika melakukan riset cepat untuk menulis komentar ini, saya menemukan onsemi.com/pub_link/Collateral/AND8199-D.PDF . Artikel itu menunjukkan bahwa MOSFETS memiliki koefisien suhu positif sehingga mereka memiliki kecenderungan umum untuk memuat keseimbangan. Ini pasti tidak akan menjadi keseimbangan yang sempurna, tetapi setidaknya artikel itu menyarankan tidak akan ada masalah pelarian termal untuk ditangani.
Cort Ammon

11

Apakah saya benar menganggap bahwa semua elektronik berada di dalam bagian plastik hitam,

Iya,

dan karena itu saya dapat mengencangkannya sekeras yang saya inginkan?

Tidak, karena itu akan merusak bagian logam yang Anda pasang di bar bus, dan itu tidak akan cocok dengan bagian dalam dari bagian plastik hitam :)

Tetapi dengan asumsi Anda tidak berencana menggunakan kekuatan mentah:

Tugas menekan kasing pada bar logam adalah untuk meminimalkan ketebalan lapisan pelumas termal antara kasing dan bar. Pada titik tertentu, peningkatan tekanan tidak akan secara signifikan mengurangi ketebalan lagi. Saya akan menyebutnya "tangan-cepat dengan obeng biasa"; tapi saya yakin dokumen standar resmi itu.

Sunting dengan lembar data alternatif yang benar-benar menunjukkan tab terhubung ke saluran, rangkaian Anda jauh lebih masuk akal :)

Jadi ya, dalam hal ini, tidak ada pelumas termal. Alih-alih, saya terus terang saja menyoldernya ke bar bus lewat

  • menerapkan pasta solder dan menempatkan transistor di bus bar (tidak harus bahkan mengamankan mereka dengan sekrup, kecuali jika perakitan dapat mengalami getaran substansial: dalam hal itu sekrup wajib untuk mengurangi risiko retak sendi solder),
  • memanaskan bus bar dari bawah ke titik bahwa pasta solder meleleh dan membuat kontak yang baik
  • matikan pemanasnya,
  • dan kemudian segera mulai mendinginkannya, mungkin dengan aliran udara segar, untuk memastikan "gelombang panas" yang datang dari bawah tidak akan mencapai suhu yang jauh lebih tinggi. Namun, jangan berlebihan dengan pendinginan, karena perubahan termal yang cepat tidak baik untuk sifat sambungan solder maupun integritas transistor Anda.

Perhatikan bahwa mungkin lebih mudah untuk melakukan ini dengan paket 263.


Saya tidak akan menggunakan pelumas termal karena saya ingin konduktivitas listrik maksimum. Apakah Anda akan mengatakan bahwa aplikasi saya masih cocok?
user95482301

Sejauh saya membaca lembar data MOSFET yang Anda gunakan dalam skema Anda, saya tidak menemukan indikasi flensa logam yang terhubung ke Gate, Source atau Drain, jadi saya menganggap itu terisolasi!
Marcus Müller

1
@SpehroPefhany, terima kasih! ya, lembar data kedua itu adalah bencana.
Marcus Müller

3
@ user95482301 Nah, jika mereka melakukannya, tidak mengatakan demikian dalam lembar data bahwa banyak insinyur mengira yang benar adalah bencana dengan sendirinya.
Marcus Müller

3
@ MarcusMüller Dalam peluru pertama Anda, mungkin Anda meremehkan pentingnya sekrup (bahkan jika OP menyolder tab): jika perakitan mengalami tingkat getaran yang substansial dan konstan, sambungan solder dapat retak pada akhirnya. OP tidak memberikan petunjuk tentang aplikasi spesifik, tetapi tidak masuk akal untuk memikirkan beberapa lingkungan industri tugas berat (sesuatu yang melekat pada sasis mesin berat?).
Lorenzo Donati - Codidact.org

5

Saya menyarankan bahwa jika Anda bertahan dengan koneksi arus tinggi ke paket TO-220 Anda membuat skenario layanan / perbaikan lapangan mimpi buruk untuk Anda sendiri. Untuk aplikasi profesional apa pun, lebih baik memilih perangkat berbasis modul seperti ini . Modul sejauh ini merupakan yang terbaik ketika mempertimbangkan apa pun yang harus dibaut ke perakitan busbar dan mereka tidak terlalu mahal saat ini.
Setelah Anda mencapai kisaran 50-100 A maka ukuran kabel cenderung menjadi berat dan harus ditambatkan dengan kuat. Sendi solder sederhana selalu berisiko dan dapat menjadi rapuh dari waktu ke waktu.

Untuk hobi apa pun Anda harus mempertimbangkan:

  1. Baut yang menahan paket ke busbar untuk TO-220 terlalu kecil. Bahkan jika Anda menggunakan seluruh diameter ukuran lubang pemasangan TO-220, Anda tidak mungkin dapat mencapai tekanan tab> 10 in / lbs dengan stabilitas jangka panjang, bahkan dengan pencuci baja dan pegas. Kontak bertekanan seperti ini tidak memungkinkan pada arus tinggi.

  2. Menyolder paket TO-220 selalu menjadi pilihan, tetapi menyolder banyak perangkat ke busbar adalah solusi yang tidak bisa dijalankan, kecil kemungkinan Anda bisa memperbaikinya.
    Solder paket ke strip tembaga (saya menggunakan tab tembaga ETP 0,125 x 0,5 x 1,25 untuk tujuan ini). Ini dapat dengan mudah disolder dalam laci SMT (tambahkan tab, kemudian ketika suhu menambahkan perangkat dengan fluks di belakang), tab seperti ini memungkinkan beberapa ukuran baut pemasangan yang jauh lebih besar dengan kemampuan torsi yang masuk akal. Saat Anda memasang tab pada busbar, bersihkan sambungannya tetapi jangan gunakan gemuk heatsink karena konduktif secara listrik. Selalu gunakan flat steel dan spring washer di bawah mur dan flat washer di bawah kepala sekrup.

  3. Koneksi frame timah TO-220 tidak dirancang untuk koneksi kabel gratis, terutama pada arus yang lebih tinggi. Jika Anda harus melakukan ini, maka gunakan ferrule kawat solder seperti ini untuk memastikan sambungan solder bebas stres lebih kecil kemungkinannya untuk bertambah usia. Anda juga perlu mendukung kabel, karena rangka rangka akan putus jika Anda memiliki lingkungan getaran sedang. Leadframe tidak boleh terkena sisi atau gaya lentur apa pun. Merupakan ide bagus untuk mendukung koneksi seperti ini dengan penghalang dua bagian sebagai penghilang stres.


Kekhawatiran saya adalah bahwa modul SOT-227 tampaknya memiliki Rdson tinggi, dan tampak mahal bila dibandingkan dengan nilai lembar data mentah (mis. $ 18 untuk 155A / 12.9mOhm tidak terdengar sangat menarik dibandingkan dengan $ 1 untuk 120A / 2.5mOhm ... ). Tetapi jelas sebuah modul jauh lebih mudah dikelola. Semuanya lebih mudah dikelola jika Anda bersedia membuang uang untuk produk khusus.
user95482301

Apakah Anda pikir pendekatan ini akan lebih baik? Saya berasumsi itu akan memecahkan beberapa masalah: mis. Kapasitas arus / termal kaki, tidak ada masalah dengan sambungan getaran / solder ... tapi tidak akan ada hambatan gerbang akan menjadi masalah (dan menyolder resistor ke gerbang akan memperkenalkan kembali masalah getaran pada sambungan): turtlesarehere.com/assets/images/Gate-Source.jpg
user95482301

@ user95482301 Series Gate resistance tidak penting dalam desain, dan semua desain memiliki batasan muatan arus I (Gate) bawaan. Masalah dengan solder mengarah ke Gate and Source adalah bahwa paket tersebut tidak dirancang untuk jenis implementasi ini. Contoh biaya Anda jauh lebih rumit dari sekadar harga. Asumsikan pada 120 A Anda membutuhkan setidaknya 1-4 kawat AWG untuk membawa arus ini (dan menghilangkan panas dari koneksi). Bagaimana Anda menyediakan sambungan solder? Bentuk penghentian atau dukungan apa lagi yang akan / dapat Anda bangun? Hampir semua yang Anda lakukan di sini beresiko tinggi secara mekanis.
Jack Creasey

@ user95482301. Saya telah menggunakan pendekatan ini (tab tembaga) dalam beberapa situasi hobi selama bertahun-tahun dan selalu mudah untuk memperbaiki (ketika asap keluar). Saya juga bekerja pada catu daya 3 fase profesional (Era Supermini) dengan arus dalam 100-an Amps dan deteksi hubung singkat dalam kisaran 1000 A. Bukan hanya Asap yang keluar dari sini, tapi Cahaya Biru juga lolos ... dan itu cenderung meninggalkan reruntuhan.
Jack Creasey

1

Dari grafik, sepertinya 10 in-lb adalah torsi yang harus Anda gunakan.

Karena kemungkinan pemanasan dan masalah mekanis, saya sarankan menggunakan mesin cuci kunci logam antara kepala sekrup dan tab TO-220. Selain itu, Anda harus meminimalkan overhang, tetapi tidak terlalu pendek sehingga lead berada dalam posisi yang cenderung pendek ke bar bus.
Saya sangat percaya bahwa tidak ada guru yang lebih baik daripada pengalaman, jadi lanjutkan dan bangun sirkuit, itu akan "menunjukkan kepada Anda" segala kekurangan yang mungkin dimiliki desain Anda. Perlu diingat bahwa ini OK untuk prototipe , bukan untuk produk komersial jadi.


0

Seberapa ketat 7nm. Gunakan mur dan baut dengan pencuci kunci bintang eksternal dan setetes loker pengunci ulir permanen akan menahan paket to220 dengan aman.

Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.