Перейти к содержанию

Почему сильно греется транзистор?

Обновлено Редакция GAW

Транзистор греется на мощности, равной произведению тока через него на падение напряжения на нём. В ключевом режиме оба состояния холодные: закрытый транзистор не пропускает ток, открытый — почти не роняет напряжение. Сильный нагрев означает, что ключ застрял между ними — в линейном режиме, — либо слишком часто через него проходит.

P=U⋅I,TJ=TA+P⋅RθJAP = U \cdot I,\qquad T_J = T_A + P \cdot R_{\theta JA}

Четыре причины

ПричинаЧто происходитПример (наш расчёт)
Недооткрытый затвор MOSFETRDS(on) гарантировано при 10 В, а на затворе 5 ВIRLZ44 при 5 В: (5 А)² × 0,028 Ом → 0,7 Вт; недооткрытый ключ с 2 В на стоке → 10 Вт
Мало тока базы у биполярноготранзистор не входит в насыщение, VCE растётMMBT3904, 50 мА: в насыщении ≤ 0,3 В → 15 мВт; при VCE 3 В → 150 мВт
Высокая частота ШИМна каждом фронте ток и напряжение велики одновременнопотери растут пропорционально частоте и заряду затвора Qg (66 нКл у IRLZ44)
Нет радиатора при законной мощностиRθJA корпуса слишком великоTO-220 на воздухе: 62 °C/Вт, SOT-23: 403 °C/Вт

Пересчитаем первую строку в температуру. У IRLZ44 без радиатора тепловое сопротивление переход–среда 62 °C/Вт: при 0,7 Вт кристалл нагреется на 43 °C выше окружающего воздуха — тепло, но допустимо при пределе 175 °C. При 10 Вт те же 62 °C/Вт дают 620 °C, то есть транзистор сгорит за секунды; даже с радиатором (RthJC 1,0 плюс RthCS 0,5 °C/Вт и сам радиатор) такой режим требует десятков ватт отвода. Поэтому первый шаг всегда один: добиться полного открытия, а как убедиться, что MOSFET открыт полностью, рассказано отдельно.

Что проверить

  1. Напряжение на затворе или ток базы. MOSFET с порогом 2–4 В от 5 В полностью не откроется; биполярному нужен ток базы с запасом относительно IC/hFE — у MMBT3904 hFE при 100 мА всего 30. Расчёт — в ответе про базовый резистор.
  2. Падение на открытом транзисторе под нагрузкой: милливольты — норма, вольты — линейный режим.
  3. Частоту ШИМ и номинал резистора затвора: медленные фронты греют даже правильно открытый ключ, разбор — в ответе про нагрев в ШИМ.
  4. Тепловой баланс: посчитать мощность по методике для транзистора и сравнить тепловое сопротивление корпуса с допустимым перегревом; если не сходится — радиатор подбирает калькулятор.

Похожие вопросы

Как понять, что транзистор работает в линейном режиме?

Измерить падение на нём под нагрузкой: у открытого MOSFET это ток, умноженный на RDS(on), — у IRLZ44 при 5 А не больше 0,14 В; у насыщенного биполярного транзистора — VCE(sat), у MMBT3904 не больше 0,3 В при 50 мА. Если вольтметр показывает вольты, ключ недооткрыт.

Греется транзистор без нагрузки — это нормально?

Нет. Закрытый ключ пропускает микроамперы утечки, а открытый без тока ничего не рассеивает. Нагрев без нагрузки — либо пробой, либо возбуждение: транзистор переключается на высокой частоте сам по себе, и греют его потери переключения.

Поможет ли радиатор, если транзистор открыт не полностью?

Отчасти: радиатор снижает тепловое сопротивление с 62 °C/Вт до единиц, но 10 Вт в линейном режиме он всё равно будет рассеивать, а при 0,7 Вт в ключевом режиме не нужен вовсе. Сначала открыть транзистор полностью, потом считать радиатор.

Источники

  1. Vishay Siliconix. IRLZ44 Power MOSFET (Document Number 91328, S21-1045-Rev. D, 25-Oct-2021) — RDS(on) не более 0,028 Ом при VGS 5 В и 31 А; Thermal Resistance Ratings: RthJA 62 °C/Вт, RthJC 1,0 °C/Вт, RthCS 0,50 °C/Вт; TJ до 175 °C; PD 150 Вт при TC 25 °C; Qg не более 66 нКл
  2. Diodes Incorporated. MMBT3904: 40V NPN Small-Signal Transistor in SOT23 (DS30036 Rev. 27-2, March 2025) — VCE(sat) не более 0,2 В при IC 10 мА и IB 1 мА, 0,3 В при 50 мА и 5 мА; hFE не менее 60 при 50 мА и 30 при 100 мА; RθJA 403 °C/Вт на минимальной площадке и 357 °C/Вт на площадке 15×15 мм; PD 310 мВт; TJ до 150 °C
Страница помогла?

Нашли ошибку? ·

Смотрите также