Wie fest kann ich einen TO-220 an einer Sammelschiene montieren?

Ich baue einen kleinen Schaltkreis bestehend aus 8 MOSFETs (bidirektionale Blockierung, 4 in jede Richtung), der 100-200A bei ca. 1kHz schalten sollte.

Ich bin zu dem Schluss gekommen, dass eine viel bessere Lösung darin besteht, die MOSFETs direkt auf einer Sammelschiene zu montieren, auf der auch die Stromkabel montiert sind, da Leiterplatten mit einer dicken Kupferschicht nicht ohne weiteres verfügbar sind. Daher muss ich nur den Source-Pin zwischen den MOSFETs (im Freien) löten. Dies löst verschiedene Probleme: gute Wärmeableitung, geringer Spannungsabfall vom Kabel zum MOSFET und einfache Montage / Austausch aller Komponenten mit sehr geringem Lötaufwand.

Meine Frage ist: Wie fest soll ich das TO-220-Paket an der Sammelschiene festziehen? Kann ich zu Recht davon ausgehen, dass sich die gesamte Elektronik im schwarzen Kunststoffteil befindet und ich es daher so fest anziehen kann, wie ich möchte? Gibt es potenzielle Probleme, z. B. Wärmeverzug, der eine schlechte Verbindung usw. verursacht?

Hier ist mein Schema für die Neugierigen:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Bearbeiten: Link zum MOSFET-Datenblatt hinzugefügt . Datenblatt des Herstellers mit Verpackungsdetails, jedoch nicht mit D verbunden mit Lasche.

Das Teil, aus dem Sie versuchen, die Wärme abzuleiten, befindet sich ungefähr in der Mitte des schwarzen Kunststoffteils und ist am Leadframe angebracht. Ein Verziehen des Leiterrahmens (des Metallteils) durch zu festes Anziehen führt zu einer schlechten Wärmeübertragung und kann sogar die Verbindung des Chips mit dem Leiterrahmen oder dem Chip selbst beschädigen, wenn der weiche Metallleiterrahmen sogar geringfügig gebogen wird.

Sie sollten das Teil, das den Chip enthält, nicht überragen, wie im linken Teil Ihres Fotos gezeigt. Idealerweise ist dies das Teil, das Sie in engem Kontakt mit dem Kühlkörper haben möchten. Die Schraube ist versetzt, weil es unpraktisch ist, eine Schraube genau durch die Mitte des Stempels zu stecken, aber Sie versuchen wirklich, Kontakt und etwas Druck zwischen dem Teil unter dem Kunststoff und dem Kühlkörper herzustellen. Einige Hersteller verwenden Federklammern, die auf den Kunststoff selbst drücken. Auf einer Infineon-Seite finden Sie ein Teil mit einem riesigen internen Werkzeug. Denken Sie daran, dass der Die aus sprödem Silizium besteht und der Leadframe weich und formbar ist.

Vishay Siliconix empfiehlt für seine TO-220-Pakete ein Drehmoment von 1,7 Nm. Es gibt einen begrenzten Vorteil gegenüber 10 in-lb, wie hier gezeigt:

Die Verwendung von Drehmomentschraubendrehern und -schlüsseln bei Leistungsgeräten ist weit verbreitet. Wie bei allen anderen Geräten müssen sie möglicherweise regelmäßig kalibriert und getestet werden. Preiswerte, wie sie von Büchsenmachern usw. verwendet werden, beginnen bei etwa 50 US-Dollar.

Bin ich zu Recht davon ausgegangen, dass sich die gesamte Elektronik im schwarzen Kunststoffteil befindet,

Ja,

und dass ich es daher so fest anziehen kann wie ich möchte?

Nein, da dies das Metallteil, das Sie auf die Stromschiene schrauben, verformen würde und das nicht gut mit den Innenseiten des schwarzen Kunststoffteils spielt :)

Aber vorausgesetzt, Sie planen nicht, rohe Gewalt anzuwenden:

Das Drücken des Gehäuses gegen die Metallstange hat die Aufgabe, die Dicke der Wärmeleitpaste zwischen dem Gehäuse und der Stange zu minimieren. Irgendwann wird dieser Druckanstieg die Dicke nicht mehr wesentlich verringern. Ich würde das "Hand-schnell mit einem gewöhnlichen Schraubenzieher" nennen; aber ich bin sicher, ein offizieller Standard dokumentiert das.

BEARBEITEN mit dem alternativen Datenblatt, das tatsächlich anzeigt, dass die Registerkarte mit dem Drain verbunden ist, macht Ihre Schaltung viel mehr Sinn :)

Also ja, in diesem Fall keine Wärmeleitpaste. Stattdessen würde ich es ehrlich gesagt einfach an die Sammelschiene anlöten

• Aufbringen von Lötpaste und Platzieren der Transistoren auf der Sammelschiene (nicht unbedingt sogar Befestigen mit einer Schraube, es sei denn, die Baugruppe könnte erheblichen Vibrationen ausgesetzt werden. In diesem Fall ist die Schraube obligatorisch, um das Risiko von Lötstellenrissen zu verringern.)
• Erwärmen der Stromschiene von unten bis die Lötpaste schmilzt und einen guten Kontakt herstellt,
• die Heizung ausschalten,
• und dann sofort mit dem Abkühlen beginnen, wahrscheinlich mit einem Strom frischer Luft, um sicherzustellen, dass die von unten kommende "Hitzewelle" keine viel höhere Temperatur erreicht. Übertreiben Sie es jedoch nicht mit dem Abkühlen, da schnelle thermische Änderungen weder die Eigenschaften der Lötstelle noch die Integrität Ihres Transistors beeinträchtigen.

Beachten Sie, dass dies mit dem Paket 263 möglicherweise einfacher ist.

Ich würde vorschlagen, dass Sie, wenn Sie mit Hochstromanschlüssen zu TO-220-Paketen durchhalten, ein Alptraum-Außendienst- / Reparaturszenario für sich selbst erstellen. Für jede professionelle Anwendung ist es viel besser, ein modulbasiertes Gerät wie dieses auszuwählen . Module sind bei weitem die besten, wenn es um alles geht, was an eine Sammelschienenbaugruppe geschraubt werden muss, und sie sind heutzutage nicht allzu teuer.
Sobald Sie in den 50-100 A-Bereich gelangen, werden die Kabelgrößen in der Regel unhandlich und müssen fest verankert werden. Einfache Lötstellen sind immer gefährdet und können mit der Zeit spröde werden.

Für jedes Hobby sollten Sie berücksichtigen:

1. Die Schraube, mit der das Paket an der Sammelschiene des TO-220 befestigt ist, ist viel zu klein. Selbst wenn Sie den gesamten Durchmesser der TO-220-Montagebohrung verwenden, ist es unwahrscheinlich, dass Sie mit einer echten Langzeitstabilität einen Flaschendruck von> 10 in / lbs erreichen können, selbst mit Stahl und Federscheibe. Derartige Druckkontakte sind bei hohen Strömen nicht realisierbar.

2. Das Löten eines TO-220-Pakets ist immer eine Option, aber das Löten mehrerer Geräte an eine Sammelschiene ist eine nicht praktikable Lösung. Es ist unwahrscheinlich, dass Sie sie jemals reparieren können.
   Löten Sie das Paket auf einen Kupferstreifen (ich verwende für diesen Zweck 0,125 x 0,5 x 1,25 ETP-Kupferstreifen ). Diese können einfach in eine SMT-Schublade eingelötet werden (fügen Sie die Lasche hinzu und fügen Sie das Gerät mit Flussmittel auf der Rückseite hinzu, wenn die Temperatur erreicht ist). Laschen wie diese ermöglichen mehrere und viel größere Befestigungsschrauben mit angemessener Drehmomentkapazität. Wenn Sie die Laschen an die Stromschiene schrauben, reinigen Sie die Verbindungen, verwenden Sie jedoch kein Kühlschmierfett, da es nicht elektrisch leitend ist. Verwenden Sie immer eine flache Stahlscheibe und eine Federscheibe unter der Mutter und eine flache Scheibe unter dem Schraubenkopf.

3. TO-220 Leadframe-Verbindungen sind nicht für freie Kabelverbindungen ausgelegt, insbesondere bei höheren Strömen. Wenn Sie dies tun müssen, verwenden Sie eine Lötdrahtzwinge wie diese , um eine spannungsfreie Lötverbindung zu gewährleisten, bei der eine Temperaturalterung weniger wahrscheinlich ist. Sie müssen auch den Draht stützen, da der Leadframe bricht, wenn Sie auch nur eine mittlere Vibrationsumgebung haben. Der Leadframe sollte keinen seitlichen oder flexiblen Kräften ausgesetzt werden. Es ist eine gute Idee, Verbindungen wie diese mit einer zweiteiligen Barriere als Stressabbau zu unterstützen.

Aus der Grafik geht hervor, dass 10 in-lb das Drehmoment ist, das Sie verwenden sollten.

Wegen möglicher Erwärmungs- und mechanischer Probleme empfehle ich die Verwendung einer Metall-Sicherungsscheibe zwischen dem Schraubenkopf und der TO-220-Lasche. Außerdem sollten Sie den Überhang minimieren, aber nicht so kurz, dass die Leitungen anfällig für einen Kurzschluss zur Stromschiene sind.
Ich bin der festen Überzeugung, dass es keinen besseren Lehrer als Erfahrung gibt, also mach weiter und baue die Rennstrecke auf. Sie wird dir alle Mängel aufzeigen, die dein Design haben könnte. Beachten Sie, dass dies für einen Prototyp und nicht für ein fertiges kommerzielles Produkt in Ordnung ist.

Wie eng ist 7nm. Verwenden Sie eine Mutter und einen Bolzen mit einer externen Sternsicherungsscheibe und einen Tupfer permanenten Gewindesicherungs-Loctite, um ein to220-Paket sicher zu halten.