การใช้ทรานซิสเตอร์ด้วยแรงดันเกต (หรือฐาน) ที่ จำกัด จะทำให้พวกมัน จำกัด กระแสไฟฟ้าซึ่งจะแนะนำแรงดันตกคร่อมที่สำคัญข้ามทรานซิสเตอร์ทำให้มันกระจายพลังงาน สิ่งนี้ถือว่าไม่ดีเปลืองพลังงานและทำให้อายุการใช้งานของอุปกรณ์สั้นลง
สิ่งนี้ไม่ดีเมื่อตั้งใจจะใช้ทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์ หากคุณตั้งใจจะใช้มันในโหมดเชิงเส้นแสดงว่าเป็นโหมดการทำงานที่ตั้งใจและไม่ผิดเพี้ยน อย่างไรก็ตามเงื่อนไขบางอย่างจะต้องได้รับการเคารพในลำดับไม่ให้เกิดความเสียหาย:
1) อุณหภูมิ Die สูงสุดเช่น Power x Rth
Rth คือ "ความต้านทานความร้อนจากตายสู่อากาศ" ซึ่งเป็นผลรวมของความต้านทานความร้อน:
- ตัวแยกกรณีดูแผ่นข้อมูลขึ้นอยู่กับวิธีสร้างส่วนภายใน
- เคส - ฮีทซิงค์ขึ้นอยู่กับ TIM (วัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนจาระบีซิลแพด ฯลฯ ไม่ว่าจะเป็นฉนวนหรือไม่ก็ตาม) และยังขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวของ TIM (แพคเกจขนาดใหญ่เช่น TO247 มีมากกว่า TO220 ดังนั้น Rth ล่าง)
- ฮีทซิงค์อากาศขึ้นอยู่กับขนาดของฮีตซิงค์การระบายอากาศไม่ว่าคุณจะใช้พัดลมหรือไม่ก็ตาม
สำหรับพลังงานต่ำ (ไม่กี่วัตต์) คุณสามารถใช้ระนาบพื้น PCB เป็นแผ่นระบายความร้อนมีหลายวิธีในการทำเช่นนี้
2) พื้นที่ปฏิบัติงานที่ปลอดภัย (SOA)
นี่คือที่ทรานซิสเตอร์ของคุณพัด
เมื่อดำเนินการในโหมดเชิงเส้น (ไม่ใช่การสลับ) ทั้ง BJTs และ MOSFETs จะดำเนินการกระแสมากขึ้นสำหรับ Vgs (หรือ Vbe) เดียวกันเมื่อร้อน ดังนั้นถ้าฮอตสปอตก่อตัวบน Die มันก็จะมีความหนาแน่นกระแสสูงกว่าส่วนที่เหลือของสกิลอื่น ๆ ดังนั้นสปอตนี้จะร้อนขึ้นและจากนั้นหมูจะมีกระแสมากขึ้นจนกระทั่งมันระเบิด
สำหรับ BJT สิ่งนี้เรียกว่า Thermal runaway หรือ Breakdown ตัวที่สองและสำหรับ MOSFETs มันคือฮอตสปอต
สิ่งนี้ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าเป็นอย่างมาก ฮอตสปอตทริกเกอร์ที่ความหนาแน่นพลังงานเฉพาะ (การกระจาย) บนชิปซิลิกอน ที่กระแสที่กำหนดกำลังไฟจะแปรผันตามแรงดันไฟฟ้าดังนั้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าต่ำจะไม่เกิดขึ้น ปัญหานี้เกิดขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าสูง "ish" คำจำกัดความของ "highish" ขึ้นอยู่กับทรานซิสเตอร์และปัจจัยอื่น ๆ ...
มันเป็นความรู้ทั่วไปที่ MOSFET ค่อนข้างมีภูมิคุ้มกันต่อเรื่องนี้ "ขรุขระมากกว่า BJT" ฯลฯ นี่เป็นความจริงของเทคโนโลยี MOSFET ที่เก่ากว่าเช่น Planar Stripe DMOS แต่มันไม่เป็นความจริงอีกต่อไปเมื่อเทียบกับ FETs ที่ปรับให้เหมาะสมเช่นเทคโนโลยีร่อง
ตัวอย่างเช่นตรวจสอบ FQP19N20 นี้แผ่นข้อมูลหน้า 4 รูปที่ 9 พื้นที่ปฏิบัติการปลอดภัย ขอให้สังเกตว่ามันถูกระบุสำหรับ DC และกราฟมีเส้นแนวนอนด้านบน (กระแสสูงสุด), เส้นแนวตั้งทางด้านขวา (แรงดันไฟฟ้าสูงสุด) และทั้งสองเส้นนี้จะถูกรวมเข้าด้วยกันด้วยเส้นทแยงมุมเดียวซึ่งให้กำลังสูงสุด โปรดสังเกตว่า SOA นี้เป็นแง่ดีเนื่องจากอยู่ที่ Tcase = 25 ° C และเงื่อนไขอื่น ๆ หากฮีทซิงค์ร้อนแล้วแน่นอน SOA จะมีขนาดเล็กลง แต่ทรานซิสเตอร์ตัวนี้ก็โอเคเมื่อทำงานในโหมด Linear มันจะไม่ฮอตสปอตกับการดำเนินงานในโหมดการเชิงเส้นมันจะไม่ฮอตสปอต เหมือนกันสำหรับ IRFP240 เก่าที่ดีซึ่งมักใช้ในเครื่องขยายเสียงที่ประสบความสำเร็จ
ตอนนี้ดูลิงค์ที่โพสต์โดยτεκจะแสดงกราฟ SOA ที่มีบรรทัดเพิ่มเติมทางด้านขวาพร้อมความชันที่ลดลงอย่างกระทันหัน นี่คือเมื่อฮอตสปอตเกิดขึ้น คุณไม่ต้องการใช้ FET ประเภทนี้ในการออกแบบเชิงเส้น
อย่างไรก็ตามทั้ง FETs และ BJTs ฮอตสปอตต้องใช้แรงดันไฟฟ้าสูงเมื่อเทียบกับแรงดันไฟฟ้าสูงสุด ดังนั้นหากทรานซิสเตอร์ของคุณมี Vce หรือ Vds ไม่กี่โวลต์ (ซึ่งควรมีในสถานการณ์นี้) ก็จะไม่มีปัญหา ตรวจสอบทรานซิสเตอร์ SOA ตัวอย่างเช่นคุณสามารถใช้แหล่งที่มาตาม opampแต่คุณจะพบปัญหาเดียวกันที่กระแสต่ำขึ้นอยู่กับแรงดันออฟเซ็ตอินพุตของ opamp
ทางออกที่ดีกว่าสำหรับปัญหาของคุณ ...
จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab
ทางด้านซ้าย:คุณสามารถ PWM หนึ่ง FET หรืออื่น ๆ ตัวต้านทานการระบายน้ำที่แตกต่างกันจะกำหนดกระแสที่การตั้งค่า PWM สูงสุด เมื่อ PWM สำหรับ FET ด้านซ้ายถึงศูนย์คุณสามารถลด PWM ของ FET อื่นต่อไปได้ สิ่งนี้ช่วยให้คุณควบคุมได้ดีขึ้นในความเข้มแสงน้อย
โดยพื้นฐานแล้วมันเหมือนกับ DAC กำลังสองบิตพร้อมน้ำหนักบิตที่คุณสามารถปรับได้โดยเลือกค่าตัวต้านทาน (และคุณควรปรับตัวต้านทานขึ้นอยู่กับสิ่งที่คุณต้องการ)
ด้านขวาจะเป็นแบบเดียวกัน แต่สาย BJT เป็นอ่างล้างมือในปัจจุบันให้การควบคุมแบบอะนาล็อกที่ความเข้มต่ำ
ฉันขอแนะนำให้ไปทางซ้ายเพราะมันง่ายที่สุดและคุณอาจมีชิ้นส่วนทั้งหมดอยู่แล้ว
ทางออกที่ดีอีกวิธีหนึ่งคือการใช้ไดร์เวอร์ LED คงที่ในปัจจุบันสลับกับกระแสเฉลี่ยที่ปรับได้ นี่เป็นโซลูชันที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับ LED พลังงานสูง อย่างไรก็ตามหากคุณขับแถบ LED สิ่งนี้จะไม่ช่วยประสิทธิภาพมากนักเนื่องจากตัวต้านทานในแถบ LED จะยังคงเผาผลาญพลังงาน