Почему этот переключающий транзистор греется?

Это не работает как переключатель. Вместо этого формирует источник тока или линейный стабилизатор напряжения (Вы можете объяснить как сами, но подробное объяснение ниже) . Согласно примечаниям к схеме, напряжение на D и S транзистора Q2 в худшем случае будет 12-3,0 = 9 В. Если вы умножите это на ток нагрузки (вентилятора), то вы обнаружите, что рассеиваемая мощность ($P_D$) на Q2. Умножить$P_D$с$R_{th j-a}$AO3401, который указан как мин. 100 в таблице, и вы найдете повышение температуры. Это может объяснить чрезмерное тепло. Убедиться в этом можно, подав максимальное управляющее входное напряжение (1,2В) и увидев, что Q2 не нагревается.

Теперь позвольте мне объяснить, как это работает как линейный регулятор (согласно схеме в вашем вопросе):

1) Во время включения схемы (при условии, что управляющий вход равен 0) выход компаратора будет равен 0 из-за подтягивающего резистора (R2). Таким образом, выход компаратора низкий --> Q1 выключен --> Q2 выключен --> Ток/напряжение без нагрузки --> Напряжение на R2 равно нулю --> Выход остается низким.

2) При подаче управляющего напряжения компаратор попытается увеличить выходное напряжение до 12 В. Когда это выходное напряжение приближается/достигает порога Vbe Q1 (без учета 100R, привязанного к эмиттеру) , сопротивление CE Q1 начинает уменьшаться. Таким образом, напряжение GS (а значит, сопротивление DS) транзистора Q2 начинает уменьшаться, что приводит к увеличению тока нагрузки (а значит, и напряжения нагрузки).

3) Это напряжение нагрузки делится на 1+(R8+R3)/R2=1+90k/10k=10 и возвращается на отрицательный вход компаратора ($V_{in-} = V_L/10$). Когда это напряжение FB (т. е. напряжение на R2) достигает и превышает напряжение на положительной входной клемме (т. е. управляющее напряжение), компаратор пытается уменьшить свой выходной сигнал до 0.

4) Выход компаратора начинает уменьшаться, поэтому Vbe Q1 начинает уменьшаться, что приводит к увеличению сопротивления CE и вынуждает Q2 увеличивать сопротивление DS. Это приводит к уменьшению тока нагрузки (и, следовательно, напряжения нагрузки). Это напряжение делится на 10 и подается обратно на отрицательный вход компаратора ($V_{in-} = V_L/10$).

5) Теперь напряжение на отрицательном входе ниже, чем на положительном, поэтому компаратор попытается увеличить выходное напряжение до 12 В. Выход начинает увеличиваться, и цикл начинается заново с (2).

Следовательно, напряжение на нагрузке будет в 10 раз больше управляющего напряжения:$V_L = V_{ctrl} \cdot 10$а напряжение на МОП-транзисторе равно$V_{DS} = 12V - V_L$. У нас нет никакой информации о вашей нагрузке, поэтому довольно сложно предположить, какой ток нагрузки. В любом случае мощность, рассеиваемая MOSFET, будет$P_D = V_{DS} \cdot I_L$.

Я сделал симуляцию на Proteus 7. Скачать можно отсюда и вот скрин:

(Я использовал LMV393, потому что LM393 не определяется в Proteus, а LMV393 — это низковольтная версия LM393).

Предположим, ток вашего вентилятора$I_L=50mA$@$V_L=5V$. Таким образом, рассеиваемая мощность MOSFET будет$P_D = 7V \cdot 0.05 = 0.35W$. Умножив это на$R_{th(j-a)}=100$даст повышение температуры$\Delta T = 100°C/W \cdot 0.35W = 35°C$. Предполагая, что температура окружающей среды составляет 24°C, конечная температура MOSFET будет 24+35=59°C.

Надеюсь, что это объяснение достаточно и полезно для вас.