Quanto posso montare un TO-220 su una barra bus?

Sto costruendo un piccolo circuito di commutazione composto da 8 MOSFET (blocco bidirezionale, 4 in ciascuna direzione), che dovrebbe commutare 100-200 A a circa 1 kHz.

Ho concluso che dal momento che il PCB con uno spesso strato di rame non è prontamente disponibile, una soluzione molto migliore è semplicemente montare i MOSFET direttamente su una barra di bus, su cui sono montati anche i cavi di alimentazione. Pertanto, ho solo bisogno di saldare il pin sorgente tra i MOSFET (all'aria aperta). Ciò risolve numerosi problemi: buona dissipazione termica, bassa caduta di tensione dal cavo al MOSFET e facile montaggio / sostituzione di tutti i componenti con una saldatura molto ridotta.

La mia domanda è: quanto stretto dovrei stringere il pacchetto TO-220 alla barra del bus? È corretto supporre che tutta l'elettronica si trovi all'interno della parte in plastica nera e che quindi posso stringerla più forte che vorrei? Ci sono potenziali problemi, ad esempio la deformazione del calore che causa una scarsa connessione ecc.?

Ecco il mio schema per i curiosi:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Modifica: collegamento aggiunto alla scheda tecnica MOSFET . Foglio dati del produttore che mostra i dettagli del pacchetto, ma non mostra D collegato alla scheda.

La parte da cui stai cercando di ottenere il calore è approssimativamente al centro della parte in plastica nera e montata contro il telaio di piombo. La deformazione del telaio di piombo (la parte metallica) a causa di un serraggio eccessivo comporterà uno scarso trasferimento di calore e potrebbe persino danneggiare l'incollaggio dello stampo con il telaio di piombo o lo stampo stesso se piega il telaio di metallo morbido, anche leggermente.

Si dovrebbe non sporgere la parte che contiene la matrice, come mostrato nella parte sinistra della foto-ideale che è la parte che si desidera in intimo contatto con il dissipatore di calore. La vite è sfalsata perché è scomodo mettere una vite attraverso il centro della matrice, ma si sta davvero cercando di creare un contatto e una certa pressione tra la parte sotto la plastica e il dissipatore di calore. Alcuni produttori utilizzano fermagli a molla che spingono sulla plastica stessa. Da una pagina di Infineon , ecco una parte con un enorme dado interno. Tieni presente che la matrice è in silicone fragile e il telaio in piombo è morbido e malleabile.

Vishay Siliconix raccomanda una coppia di 15 Nm (1,7 Nm) per i loro pacchetti TO-220. C'è un vantaggio limitato su 10 in-lb, come mostrato qui:

È abbastanza comune usare cacciaviti dinamometrici e chiavi dinamometriche con dispositivi elettrici e, come qualsiasi altra cosa, potrebbero richiedere una calibrazione e un test regolari. Quelli economici usati dagli armaioli ecc. Partono da circa $ 50 USA.

È corretto supporre che tutta l'elettronica si trovi all'interno della parte in plastica nera,

sì,

e che posso quindi stringere più forte che vorrei?

No, dal momento che ciò deformerebbe la parte metallica che stai avvitando sulla barra del bus e che non giocherebbe bene con gli interni della parte in plastica nera :)

Ma supponendo che non hai intenzione di usare la forza grezza:

Il compito di premere la custodia contro la barra di metallo è di ridurre al minimo lo spessore dello strato di grasso termico tra la custodia e la barra. Ad un certo punto, tale aumento di pressione non ridurrà più significativamente lo spessore. Lo definirei "veloce a mano con un comune cacciavite"; ma sono sicuro che uno standard ufficiale lo documenta.

EDIT con il foglio dati alternativo che mostra in realtà la scheda è collegata allo scarico, il tuo circuito ha molto più senso :)

Quindi sì, in quel caso, niente grasso termico. Invece, francamente lo avrei semplicemente saldato al bar dell'autobus

• applicare la pasta saldante e posizionare i transistor sulla barra del bus (senza necessariamente fissarli con una vite, a meno che il gruppo non possa subire vibrazioni sostanziali: in tal caso la vite è obbligatoria per ridurre il rischio di incrinatura dei giunti saldati),
• riscaldando la barra del bus dal basso fino al punto in cui la pasta saldante si scioglie e crea un buon contatto,
• spegnere il riscaldamento,
• e quindi iniziare immediatamente a raffreddarlo, probabilmente con un flusso di aria fresca, per assicurarsi che l '"ondata di calore" proveniente dal basso non raggiunga una temperatura molto più elevata. Non esagerare con il raffreddamento, tuttavia, poiché i rapidi cambiamenti termici non sono positivi per le proprietà del giunto di saldatura né per l'integrità del transistor.

Nota che potrebbe essere più semplice farlo con il pacchetto 263.

Suggerirei che se persisti con connessioni ad alta corrente ai pacchetti TO-220 stai creando uno scenario di assistenza / riparazione sul campo da incubo per te stesso. Per qualsiasi applicazione professionale è molto meglio scegliere un dispositivo basato su moduli come questo . I moduli sono di gran lunga i migliori quando si considera tutto ciò che deve essere imbullonato a un assieme di sbarre collettrici e oggi non sono eccessivamente costosi.
Una volta arrivati ​​nella gamma 50-100 A, le dimensioni dei cavi tendono a diventare ingombranti e devono essere saldamente ancorate. I giunti di saldatura semplici sono sempre a rischio e possono diventare fragili nel tempo.

Per qualsiasi hobby dovresti considerare:

1. Il bullone che tiene premuto il pacchetto sulla barra collettrice per TO-220 è troppo piccolo. Anche se si utilizza l'intero diametro della dimensione del foro di montaggio TO-220, è improbabile che si riesca a raggiungere una pressione della linguetta> 10 in / lbs con qualsiasi stabilità reale a lungo termine, anche con una rondella in acciaio e molla. Contatti di pressione come questo non sono praticabili a correnti elevate.

2. Saldare un pacchetto TO-220 è sempre un'opzione, ma saldare più dispositivi su una sbarra è una soluzione impraticabile, è improbabile che tu possa mai ripararlo.
   Saldare il pacchetto su una striscia di rame ( per questo scopo utilizzo schede di rame ETP 0,125 x 0,5 x 1,25 ). Questi possono essere facilmente saldati in un cassetto SMT (aggiungi la linguetta, quindi quando fino alla temperatura aggiungi il dispositivo con flusso sul retro), linguette come queste consentono dimensioni di bulloni di montaggio multiple e molto più grandi con una ragionevole capacità di coppia. Quando si avvitano le linguette sulla barra collettrice, pulire i giunti ma non utilizzare grasso per dissipatore di calore poiché non è elettricamente conduttivo. Utilizzare sempre una rondella piatta in acciaio e una molla sotto il dado e una rondella piatta sotto la testa della vite.

3. Le connessioni del telaio di piombo TO-220 non sono progettate per connessioni a filo libero, specialmente a correnti più elevate. Se è necessario eseguire questa operazione, utilizzare una boccola di filo di saldatura come questa per garantire una giuntura di saldatura priva di stress con meno probabilità di invecchiamento termico. È inoltre necessario supportare il filo, poiché il leadframe si romperà se si dispone anche di un ambiente con vibrazioni medie. Il leadframe non deve essere esposto a forze laterali o flessibili. È una buona idea supportare connessioni come questa con una barriera a due pezzi come antistress.

Dal grafico, sembra che 10 in-lb sia la coppia che dovresti usare.

A causa di possibili problemi di riscaldamento e meccanici, consiglio di utilizzare una rondella di sicurezza in metallo tra la testa della vite e la linguetta TO-220. Inoltre, è necessario ridurre al minimo lo sbalzo, ma non così corto che i conduttori siano in posizione inclini a cortocircuito rispetto alla barra del bus.
Sono fermamente convinto che non ci sia insegnante migliore dell'esperienza, quindi vai avanti e costruisci il circuito, ti "mostrerà" eventuali carenze del tuo progetto. Tieni presente che questo è OK per un prototipo , non per un prodotto commerciale finito.

Quanto è stretto 7nm. Utilizzare un dado e un bullone con rondella di bloccaggio a stella esterna e una piccola quantità di loctite di blocco del filo permanente terrà saldamente un pacchetto to220.