À quel point puis-je monter un TO-220 sur une barre omnibus?

Je construis un petit circuit de commutation composé de 8 MOSFET (blocage bidirectionnel, 4 dans chaque direction), qui devrait commuter 100-200A à environ 1 kHz.

J'ai conclu que les PCB avec une couche de cuivre épaisse n'étant pas facilement disponibles, une bien meilleure solution consiste simplement à monter les MOSFET directement sur une barre omnibus, sur laquelle les câbles d'alimentation sont également montés. Ainsi, je n'ai besoin que de souder la broche source entre les MOSFET (en plein air). Cela résout plusieurs problèmes: bonne dissipation thermique, faible chute de tension du câble au MOSFET et montage / remplacement facile de tous les composants avec très peu de soudure.

Ma question est: à quel point dois-je serrer le boîtier TO-220 à la barre omnibus? Ai-je raison de supposer que tous les composants électroniques se trouvent dans la partie en plastique noir, et que je peux donc la serrer aussi fort que je le souhaiterais? Y a-t-il des problèmes potentiels, par exemple une déformation à chaud provoquant une mauvaise connexion, etc.?

Voici mon schéma pour les curieux:

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Modifier: Ajout d'un lien vers la fiche technique du MOSFET . Fiche technique du fabricant montrant les détails du paquet, mais ne montrant pas D connecté à l'onglet.

La partie dont vous essayez de retirer la chaleur est à peu près au centre de la partie en plastique noir et montée contre le cadre de plomb. La déformation du cadre de connexion (la partie métallique) par un serrage excessif entraînera un mauvais transfert de chaleur et pourrait même endommager la liaison de la matrice au cadre de connexion ou à la matrice elle-même si elle plie le cadre de connexion en métal doux, même légèrement.

Vous ne devez pas surplomber la partie qui contient la matrice comme indiqué dans la partie gauche de votre photo - idéalement, c'est la partie que vous souhaitez en contact intime avec le dissipateur de chaleur. La vis est décalée car il n'est pas pratique de mettre une vis à travers le centre de la matrice, mais vous essayez vraiment de créer un contact et une certaine pression entre la partie sous le plastique et le dissipateur de chaleur. Certains fabricants utilisent des clips à ressort qui poussent sur le plastique lui-même. À partir d'une page Infineon , voici une pièce avec un énorme dé interne. Gardez à l'esprit que la matrice est en silicone fragile et que la grille de connexion est souple et malléable.

Vishay Siliconix recommande un couple de 15 lb- po (1,7 Nm) pour leurs boîtiers TO-220. Il y a un avantage limité sur 10 lb-po, comme illustré ici:

Il est assez courant d'utiliser des tournevis dynamométriques et des clés avec des dispositifs d'alimentation, et comme toute autre chose, ils peuvent nécessiter un étalonnage et des tests réguliers. Ceux peu coûteux utilisés par les armuriers, etc. commencent à environ 50 $ US.

Ai-je raison de supposer que tous les composants électroniques se trouvent dans la partie en plastique noir,

Oui,

et que je peux donc le serrer aussi fort que je le voudrais?

Non, car cela déformerait la partie métallique que vous vissez sur la barre omnibus, et cela ne jouera pas bien avec l'intérieur de la partie en plastique noir :)

Mais en supposant que vous ne prévoyez pas d'utiliser la force brute:

Le travail de presser le boîtier contre la barre métallique est de minimiser l'épaisseur de la couche de graisse thermique entre le boîtier et la barre. À un certain point, cette augmentation de pression ne réduira plus significativement l'épaisseur. J'appellerais cela "à la main avec un tournevis ordinaire"; mais je suis sûr qu'une norme officielle documente cela.

MODIFIER avec la fiche technique alternative qui montre que l'onglet est connecté au drain, votre circuit a beaucoup plus de sens :)

Alors oui, dans ce cas, pas de graisse thermique. Au lieu de cela, je le soudais simplement à la barre de bus en

• appliquer de la pâte à souder et placer les transistors sur la barre omnibus (pas forcément même les fixer avec une vis, sauf si l'ensemble peut subir des vibrations importantes: dans ce cas la vis est obligatoire pour diminuer le risque de fissuration des joints de soudure),
• chauffer la barre omnibus par le bas au point que la pâte à souder fond et établit un bon contact,
• éteignez le chauffage,
• puis commencez immédiatement à le refroidir, probablement avec un courant d'air frais, pour vous assurer que la "vague de chaleur" venant d'en bas n'atteindra pas une température beaucoup plus élevée. N'en faites pas trop avec le refroidissement, cependant, car les changements thermiques rapides ne sont pas bons pour les propriétés du joint de soudure ni pour l'intégrité de votre transistor.

Notez qu'il pourrait être plus facile de le faire avec le package 263.

Je suggère que si vous persévérez avec des connexions à courant élevé aux packages TO-220, vous créez vous-même un scénario de service / réparation sur le terrain cauchemardesque. Pour toute application professionnelle, il est préférable de choisir un appareil basé sur un module comme celui-ci . Les modules sont de loin les meilleurs lorsque l'on considère tout ce qui doit être boulonné à un jeu de barres et ils ne sont pas trop chers aujourd'hui.
Une fois que vous obtenez dans la gamme 50-100 A, les tailles de câbles ont tendance à devenir difficiles à manier et doivent être fermement ancrées. Les joints de soudure simples sont toujours à risque et peuvent devenir cassants avec le temps.

Pour tout passe-temps, vous devriez considérer:

1. Le boulon maintenant le paquet sur le jeu de barres pour TO-220 est beaucoup trop petit. Même si vous utilisez la totalité du diamètre du trou de montage TO-220, il est peu probable que vous puissiez atteindre> 10 po / lb de pression de tabulation avec une réelle stabilité à long terme, même avec une rondelle en acier et à ressort. De tels contacts sous pression ne sont pas viables à des courants élevés.

2. Souder un boîtier TO-220 est toujours une option, mais souder plusieurs appareils sur un jeu de barres est une solution irréalisable, il est peu probable que vous puissiez le réparer.
   Souder le paquet sur une bande de cuivre (j'utilise des languettes de cuivre 0,125 x 0,5 x 1,25 ETP à cet effet). Ceux-ci peuvent être facilement soudés dans un tiroir SMT (ajoutez la languette, puis lorsque la température augmente, ajoutez l'appareil avec le flux à l'arrière), de telles languettes permettent des tailles de boulons de montage multiples et beaucoup plus grandes avec une capacité de couple raisonnable. Lorsque vous vissez les languettes sur le jeu de barres, nettoyez les joints mais n'utilisez pas de graisse pour dissipateur thermique car elle n'est pas électriquement conductrice. Utilisez toujours une rondelle plate et ressort en acier sous l'écrou et une rondelle plate sous la tête de vis.

3. Les connexions de la grille de connexion TO-220 ne sont pas conçues pour des connexions de fils libres, en particulier à un courant plus élevé. Si vous devez le faire, utilisez une virole de fil de soudure comme celle-ci pour assurer un joint de soudure sans contrainte moins susceptible de vieillir. Vous devez également soutenir le fil, car la grille de connexion se cassera si vous avez même un environnement de vibration moyen. Le cadre de connexion ne doit pas être exposé à des forces latérales ou flexibles. C'est une bonne idée de soutenir des connexions comme celle-ci avec une barrière en deux parties pour soulager les contraintes.

D'après le graphique, il semble que 10 lb-po soit le couple que vous devez utiliser.

En raison d'éventuels problèmes de chauffage et de mécanique, je recommande d'utiliser une rondelle de blocage métallique entre la tête de la vis et la languette TO-220. De plus, vous devez minimiser le porte-à-faux, mais pas si court que les fils sont dans une position sujette à un court-circuit avec la barre omnibus.
Je suis fermement convaincu qu'il n'y a pas de meilleur enseignant que l'expérience, alors allez-y et construisez le circuit, il vous "montrera" toutes les lacunes de votre conception. Gardez à l'esprit que c'est OK pour un prototype , pas pour un produit commercial fini.

Quelle est la force de 7 nm. Utilisez un écrou et un boulon avec une rondelle de verrouillage en étoile externe et une noisette de loctite de frein-filet permanent tiendra solidement un paquet to220.