TO-92 no se calienta lo suficiente

Estoy controlando un ventilador de CC mediante un MCU AVR y tengo curiosidad sobre las características térmicas de un transistor NPN 2N3904 sobre el cual está conectado el ventilador.

Al leer la hoja de datos del transistor , encuentro los siguientes valores:

R_{θ J - A} = 200^{\circ} C/W

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

R_{θ J - C} = 83.3^{\circ} C/W

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

Esperaría que la resistencia térmica entre el ambiente y el caso sea:

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

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

Es decir, esperaría que el caso aumente sobre la temperatura ambiente por cada vatio de potencia que pasa por el transistor. $116.7\text{ }^{\circ}\text{C/W}$

Ahora, leyendo el voltaje a través de los terminales del ventilador con mi multímetro, así como la corriente que el ventilador está comiendo:

V = 11.45 V

$V = 11.45\text{ V}$

A = 73 mA

$A = 73\text{ mA}$

Ahora calculo la temperatura del caso que debería esperar:

P = V \times A = 0.83 W

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

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

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

Después de hacer funcionar el ventilador durante más de 5 minutos, procedo a tocar el transistor y fallo miserablemente en quemarme el dedo. La temperatura de la carcasa está quizás un poco por encima del ambiente, pero no lo suficientemente cálida como para sentir cualquier sensación de calor en mis dedos.

En algún momento, cometí un gran error en mi comprensión del diseño térmico. ¿Qué estoy haciendo mal?

transistors thermal power-dissipation

— Nikola Malešević
fuente

Buen trabajo formando una pregunta coherente y mostrando tu trabajo.

— Matt Young

^ + 1, pero no entiendo su razonamiento para la resistencia térmica 'caso a ambiente'. La potencia se disipa en la unión y está midiendo en el caso, por lo que debe usar el valor R_j-c en su cálculo. La caja calienta 83.3C por vatio disipado en la unión.

— vofa

A V_{C C}

$\small AV_{CC}$

@vofa R_j-c me daría la diferencia de temperatura entre la unión y la caja. Si bien eso es útil, no es lo que puedo medir con el dedo. Lo que estoy haciendo es tratar de predecir la diferencia entre el caso y el ambiente, y coincide con el mundo real al calcular correctamente la potencia utilizada por el transistor.

— Nikola Malešević

@SamGibson La figura anterior está muy simplificada. De hecho, estoy usando ATmega32 con un par de sensores de temperatura, un par de ventiladores, comunicación en serie, etc. Pero todo esto generaría ruido en esta pregunta. Ya tengo tapas de desacoplamiento, así como cancelación de ruido analógico. Gracias por el comentario, sin embargo.

— Nikola Malešević

El 0.83 W es la potencia que entra en el ventilador, no el transistor.

La potencia disipada por el transistor es esencialmente el mismo valor de corriente, pero multiplicado por el voltaje de C a E, que probablemente solo sea del orden de 200-300 mV cuando está saturado. Eso haría que la disipación del transistor sea de unos 15-20 mW, lo que le dará un aumento en el caso de que la temperatura sea de solo unos pocos grados como máximo.

— Dave Tweed
fuente

Eso tiene sentido, gracias. Medí una caída de voltaje de 170 mV entre el colector y el emisor, lo que me dio un aumento de temperatura de 1.45 grados Celsius, lo que coincide con la sensación en mis dedos. ¡Espléndido! ¿Suena el resto de mi razonamiento?

— Nikola Malešević

Bueno, hasta cierto punto. Sí, es válido sumar y restar resistencias térmicas de esa manera. Sin embargo, tenga en cuenta que el valor de resistencia "caso a ambiente" está fuertemente influenciado por cosas como tocar el caso con el dedo o incluso cuánto respira, por lo que tratar de predecir un aumento de temperatura en particular será sujeto a todo tipo de errores.

— Dave Tweed