在没有散热器的TO-220上耗散1W功率？

没有散​​热器的TO-220是否可以在静止空气中耗散1W？

或者，提出问题的另一种方式是：假设环境温度为25C，如何计算可以在TO-220封装MOSFET上消耗的最大功率？如果有帮助，MOSFET是FDP047N10。它将处理约12.5A的连续电流（即，无开关）。

我还想了解连续导通的MOSFET与以100KHz开关（占空比为50％导通）的MOSFET的功耗差异。

最后一个问题：如果我将两个MOSFET并联以减少每个FET的功耗，我是否可以做些事情来确保（或增加概率）两者都提供相等的功率？

回答第二个问题：

开关MOSFET将具有两种类型的损耗：传导和切换。传导损耗是通常的$I_D^2 \times R_{DS(on)}$损耗。如果控制MOSFET，使其以50％的占空比工作，则传导损耗为DC（始终导通）损耗的50％。

开关损耗包括控制栅极所需的能量和器件从导通状态转换到截止状态时的损耗。当您打开MOSFET时，会有一个间隔，在此间隔中开始流动，而V D S电压仍处于最大值。V D S随着MOSFET沟道饱和而下降。在这段时间内消耗的功率称为导通损耗。类似地，在关断时，在I D开始下降之前有一个V D S上升的间隔，这（不足为奇）称为关断损耗。$I_D$$V_{DS}$$V_{DS}$$V_{DS}$$I_D$

在谈论100kHz操作时，必须考虑导通和关断损耗。您很有可能会看到比直流条件少的功率，但您将不会节省50％的功率。

回答您的第三个问题：

MOSFET 具有正温度系数-温度越高，R D S （o n ）越高。如果您并联连接两个具有相似特性的MOSFET（即，来自同一制造商的相同部件号），以相同的方式驱动它们，并且在PCB布局中没有很大的不对称性，那么MOSFET的确会很好地共享电流。始终确保每个MOSFET都有一个与每个栅极串联的独立电阻器（绝无电阻的并联栅极），因为直接连接在一起的栅极会彼此产生奇怪的相互作用-甚至几欧姆总比没有好。$R_{DS(on)}$$R_{DS(on)}$

这很简单：做数学。查看数据表。应该有一个热阻规格，告诉您每瓦与模芯和环境空气之间会有多少摄氏度的差异。然后将其添加到最坏情况下的环境温度，然后与允许的最高芯片温度进行比较。

对于大多数晶体管和IC，TO-220外壳的温度为1W，但通常保持在工作范围内。WI为1/2时，不必担心。在1W时，我会检查数据表并进行计算，但可能没问题。

一件皱纹：数据表可能只会告诉您死于外壳的热阻。然后，您必须将外壳的热阻添加到环境中，这会更高。幸运的是，这主要是TO-220外壳的功能，而不是晶体管的功能，因此您应该能够找到一个通用的数字。好的数据表会给您两个热阻值。

添加：

我之前没有关注数据表链接，但现在我看到您所需的所有内容都在其中明确指定。从芯片到环境的热阻为62.5 C / W，最大芯片工作温度为175C。您说您的环境温度是25摄氏度。以1W的功率从那里增加到裸片，将产生88C。这比最高工作温度低87°C，因此答案非常明确，是的，您的晶体管在25°C的自由空气中在1W时会很好。

回答您的第一个问题：

$\Omega$$P = I_D^2 \times R_{DS(ON)} = 12.5^2 \times 4.7m\Omega = 735mW$

1. 产生的能量
2. 能量如何容易地排放到环境中

（第一个因素表示“能量”，而不是“功率”，因为它是导致温度升高的能量。但是在我们的计算中，我们假设稳态，并且可以按时间除以所有事物，以便我们可以使用功率代替能量。）

我们知道功率为1W。能量消耗的难易程度以热阻（K / W）表示。该热阻是您通常（应该）在数据表中找到的几种不同热阻的总和：其中有结到外壳的电阻和外壳到环境的电阻。前者非常低，因为传热是通过传导实现的，而后者的值要高得多，因为此处传热是通过对流实现的。就像奥林（Olin）所说的那样，后者是案例类型（TO-220）的一个属性，因此也许我们不会在数据表中找到它。但是很幸运，数据表提供了结点至环境的总热阻：62.5 K / W。这意味着在1W的功耗下，结温将比环境高62.5 K（或°C）。如果外壳中的温度为25°C（这相当低！），则结温将为87.5°C。这远低于通常认为硅的最高温度125°C，因此我们很安全。外壳温度将与结温几乎相同，因此MOSFET会很热，无法触摸。

注意：此网页列出了不同封装在不同环境下的热阻。

作为对其他答案的补充，这里有一个等效电路，您可以使用该等效电路确定您的组件是否可以处理耗散功率（无论是TO-220还是任何其他封装，带有或不带有散热器）。

^{模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

如果在求解结温（“电压”）时电压源困扰您，则可以将其移除，并根据环境温度进行工作（GND现在为环境温度/电势）。

• R1，R2和C1来自组件数据表
• R3来自所用导热膏的数据表（如果有），或来自接触材料的热阻VS接触压力图表（取决于接触面积）
• R4和C2来自散热器数据表，R4应取决于气流。

通常，“情况”是指是否有标签（否则为实际情况），否则，您应该能够相应地调整等效电路-只需将电阻视为热量的路径，就可以得出元件的温度。从其电压。

对于稳定状态，假设已卸下热敏电容器（已完全“充电” /加热）。例如，没有散热器：

当耗散功率与热时间常数相比快速切换时，通常必须将制造商可能提供的比电容（经验法则为3（Ws）/（K.kg））乘以相关质量，以得到容量，并处理常规的RC费用。

请注意，如果空气没有循环和/或被封闭，组件周围的环境温度可能会比您周围的环境温度高得多。由于这个原因，并且由于所有值通常都不十分准确，因此对于T0至关重要，并且在T1上至少采用安全系数或1.5（如上所述），最好采用2。

最后，您可能要考虑查看元件数据表上的VS结温度图，并将最高温度更改为较低的温度，因为可以正常工作的温度可能仍会破坏电路的性能。特别地，温度循环会缩短组件的使用寿命-经验法则是每增加10°C就会减少一半的使用寿命。

根据Wiki公式，TO-220结点到空气的热常数等于62.5度/瓦。当结在125C-70C环境温度（最坏情况）下/62.5 = 55 / 62.5 = 880毫瓦。

这就是汽车应用的极限。

因此，答案是否定的。即使您能够维持125C（ouch）的极限。

您还询问它是否适用于FET。对于FET来说，甚至更值得怀疑，因为它们具有热失控模式，当结温升高时，其电曲线往往会导致更大的功耗。因此您无法维持该限制。并联FET不会降低失控性能，并且会自平衡负载，但是器件的微小差异将导致浪涌电流引起的栅极电压振铃（高阻抗引脚旁边有大电流尖峰），因此它会振荡并散热。（编辑：正如Madman所说：当您在过零时间切换时，例如在同步整流器中，您可以忽略此方面）。

所以最后的答案是“否”和“否”。

我的保守估计是880除以3 = 300 mW，以保持200％的功率裕度。

“裸片对环境”热阻是指安装在无限大的散热器上，或者通常安装在1英寸见方的铜PCB上，或者安装在制造商指定的类似测试中。像这样安装设备时，“环境”温度就是散热器的温度。如果未那样安装设备，则设备的“环境温度”将是设备周围热空气的温度，而不是更远处的某些空气的25C。

静止空气的热阻约为每平方米0.1-0.2 K / W，TO-220封装的面积约为300 mm2，因此对环境至环境的热阻的第一个猜测约为500C / W。这与Internet上可用的数字一致：TI建议，由于自然对流，从1平方厘米到空气的热阻为1000 K / W。由Insite而非Hindsight设计的AN-2020热设计

在环境温度约为25°C的情况下，外壳与环境之间的热阻约为500，外壳与外壳之间的热阻约为50，并且最高结温为150C，允许的功率为（150-25）/ 550 W，或者非常粗略地讲，

约200兆瓦。

大卫·贝辛利（David Basicley）说mosfet将会爆炸+1，还有其他原因是令人讨厌的正电阻正温度系数，当器件电流固定时这对您不利，实际上就像大多数FET一样，它可以轻易地翻倍它变热了，所以您的1瓦现在是2瓦。如果您的栅极驱动器很快，那么高的输入电容会导致功率浪费在内部栅极电阻中。该栅极功率非常重要，应该考虑在内。如果驱动缓慢，则开关损耗会上升，尤其是在您进行硬开关时，因此您不能使栅极的上升速度减慢。如果您的DS电压相当高，则米勒效应开始放大漏极的栅极电容。这种额外的电容会增加已经很大的栅极源极电容甚至更糟。如果所有这些还不够，可以考虑开启二极管的恢复。