Jak mocno mogę zamontować TO-220 na szynie?

Buduję mały obwód przełączający składający się z 8 tranzystorów MOSFET (blokowanie dwukierunkowe, 4 w każdym kierunku), które powinny przełączać 100-200A przy częstotliwości około 1 kHz.

Doszedłem do wniosku, że ponieważ płytka drukowana z grubą warstwą miedzi nie jest łatwo dostępna, znacznie lepszym rozwiązaniem jest po prostu montaż tranzystorów MOSFET bezpośrednio na szynie zbiorczej, do której przymocowane są również kable zasilające. Tak więc muszę tylko wlutować pin źródłowy między tranzystorami MOSFET (na wolnym powietrzu). Rozwiązuje to kilka problemów: dobre odprowadzanie ciepła, niski spadek napięcia z kabla na MOSFET i łatwy montaż / wymianę wszystkich elementów przy bardzo niewielkim lutowaniu.

Moje pytanie brzmi: jak mocno należy dokręcić pakiet TO-220 do szyny zbiorczej? Czy mam rację, zakładając, że cała elektronika znajduje się w czarnej plastikowej części i dlatego mogę ją dokręcić tak mocno, jak bym tego chciał? Czy są jakieś potencjalne problemy, np. Wygięcie termiczne powodujące słabe połączenie itp.?

Oto mój schemat dla ciekawskich:

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Edycja: Dodano link do arkusza danych MOSFET . Arkusz danych producenta pokazujący szczegóły opakowania, ale nie pokazujący D podłączony do karty.

Część, z której próbujesz uzyskać ciepło, znajduje się mniej więcej pośrodku czarnej plastikowej części i jest przymocowana do ramy ołowianej. Zniekształcenie ramy ołowianej (części metalowej) przez nadmierne dokręcenie spowoduje słabe przenoszenie ciepła i może nawet uszkodzić wiązanie matrycy z ramą ołowianą lub samą matrycą, jeśli nawet lekko ugnie miękką metalową ramę ołowianą.

Należy nie wystaje część, która zawiera matrycę, jak pokazano w lewej części swojej foto idealnie, który jest częścią chcesz w bliskim kontakcie z radiatora. Śruba jest przesunięta, ponieważ nie jest wygodne wkręcanie śruby przez środek matrycy, ale naprawdę próbujesz stworzyć kontakt i pewien nacisk między częścią pod plastikiem a radiatorem. Niektórzy producenci stosują zaciski sprężynowe, które dociskają sam plastik. Na stronie Infineon tutaj jest część z wielką wewnętrzną kością. Należy pamiętać, że matryca jest z kruchego krzemu, a rama z ołowiu jest miękka i ciągliwa.

Vishay Siliconix zaleca moment obrotowy 15 funtów (1,7 Nm) dla swoich pakietów TO-220. Przewaga nad 10 funtami, jak pokazano tutaj:

Dość często stosuje się wkrętaki dynamometryczne i klucze z urządzeniami zasilającymi i jak wszystko inne mogą wymagać regularnej kalibracji i testowania. Niedrogie, używane przez rusznikarzy itp., Zaczynają się od około 50 USD.

Czy słusznie zakładam, że cała elektronika znajduje się w czarnej plastikowej części,

tak,

i że mogę to dokręcić tak mocno, jak bym tego chciał?

Nie, ponieważ odkształciłoby to metalową część, którą przykręcasz do szyny, a to nie będzie się dobrze bawić z wnętrzami czarnej plastikowej części :)

Ale zakładając, że nie planujesz używać surowej siły:

Dociskanie obudowy do metalowego pręta polega na zminimalizowaniu grubości warstwy termicznego smaru między obudową a prętem. W pewnym momencie wzrost ciśnienia nie zmniejszy już znacząco grubości. Nazwałbym to „ręcznym szybko wspólnym śrubokrętem”; ale jestem pewien, że oficjalny standard to dokumentuje.

EDYCJA z alternatywnym arkuszem danych, który faktycznie pokazuje, że karta jest podłączona do odpływu, twój obwód ma o wiele więcej sensu :)

Tak więc w takim przypadku nie ma smaru termicznego. Zamiast tego po prostu przylutowałem go do szyny autobusowej

• nakładanie pasty lutowniczej i umieszczanie tranzystorów na szynie zbiorczej (niekoniecznie nawet zabezpieczanie ich śrubą, chyba że zespół może podlegać znacznym wibracjom: w takim przypadku śruba jest obowiązkowa, aby zmniejszyć ryzyko pękania połączeń lutowanych),
• podgrzewanie szyny zbiorczej od dołu do punktu, w którym pasta lutownicza topi się i zapewnia dobry kontakt,
• wyłącz ogrzewanie,
• a następnie natychmiast zacznij go ochładzać, prawdopodobnie strumieniem świeżego powietrza, aby upewnić się, że „fala upałów” dochodząca z dołu nie osiągnie znacznie wyższej temperatury. Nie przesadzaj z ochładzaniem, ponieważ szybkie zmiany termiczne nie są dobre dla właściwości złącza lutowanego ani integralności tranzystora.

Uwaga: może to być łatwiejsze w przypadku pakietu 263.

Sugerowałbym, że jeśli wytrwasz przy wysokoprądowych połączeniach z pakietami TO-220, sam tworzysz koszmarny scenariusz serwisu / naprawy w terenie. Dla każdej profesjonalnej aplikacji jest znacznie lepiej wybrać urządzenie w oparciu o moduł taki jak ten . Moduły są zdecydowanie najlepsze, jeśli weźmiemy pod uwagę wszystko, co musi być przykręcone do zestawu szyn zbiorczych i nie są dziś zbyt drogie.
Kiedy znajdziesz się w zakresie 50-100 A, rozmiary kabli stają się nieporęczne i muszą być mocno zakotwiczone. Proste połączenia lutowane są zawsze zagrożone i z czasem mogą stać się kruche.

W przypadku hobby należy wziąć pod uwagę:

1. Śruba przytrzymująca pakiet do szyny zbiorczej dla TO-220 jest zdecydowanie za mała. Nawet jeśli użyjesz całej średnicy otworu montażowego TO-220, jest mało prawdopodobne, abyś był w stanie uzyskać nacisk zakładki> 10 cali / funtów przy jakiejkolwiek rzeczywistej długoterminowej stabilności, nawet przy podkładce ze stali i sprężyny. Styki ciśnieniowe takie jak ten nie są wykonalne przy wysokich prądach.

2. Lutowanie pakietu TO-220 jest zawsze opcją, ale lutowanie wielu urządzeń do szyny zbiorczej jest niewykonalnym rozwiązaniem, jest mało prawdopodobne, aby można go było kiedykolwiek naprawić.
   Przylutuj paczkę do paska miedzianego ( w tym celu używam miedzianych wypustek 0,125 x 0,5 x 1,25 ETP ). Można je łatwo przylutować w szufladzie SMT (dodać języczek, a następnie, gdy do temperatury dodać urządzenie z topnikiem z tyłu), takie języczki pozwalają na wiele i znacznie większe rozmiary śrub montażowych z rozsądnym momentem obrotowym. Po przykręceniu zaczepów do szyny zbiorczej oczyść złącza, ale nie używaj smaru do radiatora, ponieważ nie przewodzi prądu. Zawsze używaj płaskiej podkładki ze stali i sprężyny pod nakrętką i płaskiej podkładki pod łbem śruby.

3. Połączenia ramy TO-220 nie są przeznaczone do swobodnych połączeń drutowych, szczególnie przy wyższych prądach. Jeśli musisz to zrobić, a następnie użyć króćca przewodu lutować jak ten , aby zapewnić bezstresowe przegub darmo lutowniczej mniej prawdopodobne wieku temperatury. Musisz także podeprzeć drut, ponieważ rama ołowiowa pęknie, jeśli masz nawet średnie środowisko wibracji. Ołów nie powinien być narażony na działanie sił bocznych ani zginających. Dobrym pomysłem jest wspieranie takich połączeń za pomocą dwuczęściowej bariery w celu odprężenia.

Z wykresu wynika, że ​​momentem obrotowym, którego należy użyć, jest 10 funtów.

Ze względu na możliwe problemy z ogrzewaniem i mechaniczne zalecam stosowanie metalowej podkładki zabezpieczającej między łbem śruby a języczkiem TO-220. Ponadto należy zminimalizować zwis, ale nie tak krótki, aby przewody były w pozycji podatnej na zwarcie do szyny zbiorczej.
Jestem głęboko przekonany, że nie ma lepszego nauczyciela niż doświadczenie, więc idź dalej i zbuduj obwód, to „pokaże” wszelkie niedociągnięcia, jakie może mieć Twój projekt. Pamiętaj, że jest to w porządku w przypadku prototypu , a nie gotowego produktu komercyjnego.

Jak mocno jest 7 nm. Użyj nakrętki i śruby z zewnętrzną podkładką zamka gwiazdowego, a odrobina trwałej nici do lokowania szafki bezpiecznie utrzyma pakiet to220.