TO-92 non sta diventando abbastanza caldo

Sto controllando una ventola CC da un MCU AVR e sono curioso di conoscere le caratteristiche termiche di un transistor NPN 2N3904 al quale è collegata la ventola.

Leggendo la scheda tecnica del transistor , trovo i seguenti valori:

R_{θ J - UN} = 200^{\circ} C / W

$R_{\theta J-A} = 200\text{ }^{\circ}\text{C/W}$

R_{θ J - C} = 83.3^{\circ} C / W

$R_{\theta J-C} = 83.3\text{ }^{\circ}\text{C/W}$

Mi aspetto che la resistenza termica tra l'ambiente e il case sia:

R_{θ C - UN} = R_{θ J - UN} - R_{θ J - C} = 116.7^{\circ} C / W

$R_{\theta C-A} = R_{\theta J-A} - R_{\theta J-C} = 116.7\text{ }^{\circ}\text{C/W}$

Cioè, mi aspetterei che il caso aumentasse a temperatura ambiente per ogni watt di potenza che viene immessa attraverso il transistor. $116.7\text{ }^{\circ}\text{C/W}$

Ora, leggendo la tensione sui terminali della ventola con il mio multimetro, così come la corrente che la ventola sta consumando:

V = 11.45 V

$V = 11.45\text{ V}$

UN = 73 mA

$A = 73\text{ mA}$

Ora calcolo la temperatura del caso che dovrei aspettarmi:

P = V \times UN = 0.83 W

$P = V \times A = 0.83\text{ W}$

T_{C} = T_{UN} + P \times R_{θ C - UN} = 18 + 0.83 \times 116.7 = 114.86^{\circ} C

$T_C = T_A + P \times R_{\theta C-A} = 18 + 0.83 \times 116.7 = 114.86\text{ }^{\circ}\text{C}$

Dopo aver fatto funzionare la ventola per 5+ minuti, continuo a toccare il transistor e fallisco miseramente nel farmi bruciare il dito. La temperatura della custodia è forse un po 'al di sopra dell'ambiente, ma non abbastanza calda da avvertire una sensazione calda nelle dita.

Da qualche parte lungo la linea, ho fatto un grosso errore nella mia comprensione del design termico. Che cosa sto facendo di sbagliato?

transistors thermal power-dissipation

— Nikola Malešević
fonte

Buon lavoro formando una domanda coerente e mostrando il tuo lavoro.

— Matt Young,

^ + 1, ma non capisco il tuo ragionamento per la resistenza termica "case-to-ambient". La potenza viene dissipata alla giunzione e si sta misurando nel caso, quindi è necessario utilizzare il valore R_j-c nel calcolo. Il case si riscalda 83.3C per Watt dissipato nella giunzione.

— Vofa,

Sebbene non sia correlato alla tua domanda, Cordiali saluti, lo schema elettrico mostra che mancano i requisiti per un funzionamento affidabile di ATmega, ad es. connessione al pin 20 (anche quando l'ADC non viene utilizzata), mancante connessione Gnd al pin 22 ( utilizzare entrambe le connessioni Gnd), mancante condensatore di disaccoppiamento vicino alla MCU ecc. Tutti questi dettagli mancanti potrebbero causare un funzionamento inaffidabile a seconda di altri fattori, ad esempio i requisiti di corrente GPIO per il sink / source esterno, il rumore sulla linea di alimentazione in ingresso, ecc. ecc. Leggi i fogli dati MCU e ricerca "breadboard Arduino" per maggiori informazioni.

A V_{C C}

$\small AV_{CC}$

— SamGibson,

@vofa R_j-c mi darebbe la differenza di temperatura tra giunzione e custodia. Sebbene sia utile, non è ciò che posso misurare con un dito. Quello che sto facendo è cercare di prevedere la differenza tra il caso e l'ambiente, e corrisponde al mondo reale quando si calcola correttamente la potenza utilizzata dal transistor.

— Nikola Malešević,

@SamGibson La figura sopra è molto semplificata. In realtà sto usando ATmega32 con un paio di sensori di temperatura, un paio di ventole, comunicazione seriale, ecc. Ma tutto ciò porterebbe il rumore in questa domanda. Ho già i tappi di disaccoppiamento e l'annullamento del rumore analogico. Grazie per il commento, però.

— Nikola Malešević,

Lo 0,83 W è la potenza che entra nella ventola, non il transistor.

La potenza dissipata dal transistor è essenzialmente lo stesso valore di corrente, ma moltiplicata per la tensione da C a E, che probabilmente è dell'ordine di 200-300 mV solo se saturata. Ciò renderebbe la dissipazione del transistor qualcosa di simile a 15-20 mW, che ti darà un aumento nel caso in cui la temperatura sia di pochi gradi al massimo.

— Dave Tweed
fonte

Questo ha senso, grazie. Ho misurato una caduta di tensione di 170 mV tra il collettore e l'emettitore, dandomi 1,45 gradi Celsius di aumento della temperatura, corrispondente alla sensazione sulle mie dita. Splendida! Il resto del mio ragionamento è corretto?

— Nikola Malešević,

Bene, fino a un certo punto. Sì, è valido aggiungere e sottrarre le resistenze termiche in quel modo. Tuttavia, tieni presente che il valore di resistenza "da caso a ambiente" è fortemente influenzato da cose come toccare il caso con il dito o persino da quanto stai respirando su di esso, quindi provare a prevedere un determinato aumento di temperatura sarà soggetto a tutti i tipi di errori.

— Dave Tweed