Berechnung des Mosfet-Wärmewiderstands

_{Ich habe mich nur darauf konzentriert, bestimmte Dinge zu erklären, denn wenn Sie sie verstehen, werden Ihre anderen Fragen wahrscheinlich irrelevant werden.}

• Der Wärmewiderstand zwischen Verbindungsstelle und Gehäuse gibt an, wie warm die Verbindungsstelle über die Temperatur des Gehäuses hinaus wird. Wenn es einen Wert von 30 ° C pro Watt hat und das Gerät 2 Watt Leistung verbraucht, steigt die Sperrschicht um 60 ° C über die Temperatur des Gehäuses.

• Diese Zahl ist das wichtigste Endergebnis, und alles, was wir hoffen können, ist zu verhindern, dass die Temperatur des Gehäuses zu hoch wird und die interne Sperrschicht ihre angegebenen Grenzen überschreitet. Daher verwenden wir am Gehäuse angebrachte Kühlkörper, um zu verhindern, dass das Gehäuse sehr warm wird.

• Aber es gibt einen anderen parallelen Pfad für die Wärmeübertragung, und zwar direkt zur Umgebung - dies ist der Wärmewiderstand zwischen Verbindung und Umgebung und ist normalerweise viel höher als der Wärmewiderstand zwischen Verbindung und Gehäuse. Aber es ist ein paralleler Weg und so hilft jedes Bisschen.

• Beachten Sie auch, dass das Gehäuse und die lokale Umgebung auf dem Gerät ansteigen, wenn dem Gerät Wärme entzogen wird, sodass Sie nicht davon ausgehen können, dass die lokale Umgebung bei der Außentemperatur eines Behälters für das Gerät konstant bleibt (ich denke an eine PCB Anlage hier).

Ist es möglich zu wissen, unter welchen extremen Testbedingungen die thermischen Widerstände im Datenblatt gemessen wurden?

Die in einem MOSFET-Datenblatt angegebenen thermischen Widerstände werden häufig nach JEDEC-Teststandards (wie JESD24-3 oder ähnlichem) getestet. Der spezifische Standard- oder Testaufbau ist oft in einem Hinweis im Datenblatt aufgeführt.
https://www.jedec.org/standards-documents/docs/jesd-24-3

Ein typischer Testaufbau hätte eine Leiterplatte mit einem 1 Zoll x 1 Zoll großen Wärmeleitpad, das am MOSFET-Drain-Tab angebracht ist, und nur natürliche Konvektion. Ein typischer Übergang zum Umgebungswärmewiderstand für einen solchen Aufbau beträgt oft etwa 40 °C/W.

Wie finden sie diese Wärmewiderstandswerte Rthjc?

Im Allgemeinen messen Sie es, indem Sie eine bekannte Strommenge in das Gerät einspeisen und dann mit einem Paar Thermoelementen eine Temperaturdifferenz messen.

In der Abbildung unten ist die Ablauflasche an einem sehr großen Kühlkörper angebracht und der Wärmewiderstand ist sehr gering. Die Geräteleitungen sind an dünnen Drähten befestigt und der thermische Widerstand ist sehr hoch. Das Gerät wird mit Strom versorgt. Strom und Spannung werden gemessen. Thermoelemente werden an die Abflusslasche und eine der Geräteleitungen gelötet.

Bei diesem Aufbau tritt fast die gesamte Wärme aus der Ablasslasche aus, und fast keine Wärme tritt aus den Geräteleitungen aus. Da aus den Leitungen sehr wenig Wärme abfließt, ist ihre Temperatur ungefähr gleich der Sperrschichttemperatur der Vorrichtung. Die Differenz zwischen den beiden Thermoelementmessungen ergibt eine gute Annäherung an die Temperaturdifferenz zwischen Verbindungsstelle und Lasche. Und da auch die Leistung gemessen wird, finden wir den thermischen Widerstand zwischen Verbindung und Kontakt, indem wir das Verhältnis der beiden bilden.

Ich habe diese Methode persönlich verwendet und sie stimmt ziemlich gut mit dem überein, was in Gerätedatenblättern aufgeführt ist.

Im Gegensatz zum thermischen Widerstand zwischen Sperrschicht und Gehäuse hängt der thermische Widerstand zwischen Gehäuse und Umgebung von Ihrer genauen Einrichtung ab. Sie ändert sich abhängig von der Größe der Leiterplatte, ihrer Dicke, wie viel Kupfer darin ist, ob die Leiterplatte horizontal oder vertikal ist, ob sie sich in einem Gehäuse befindet usw.

Wenn Sie über die Werkzeuge verfügen, können Sie es mit einem thermischen Modell in einem Simulationsprogramm abschätzen.

Bis zu einem gewissen Grad müssen Sie sich wahrscheinlich auf Erfahrung verlassen, um einen Prototyp zu bauen, der Sie ins Stadion bringt, und ihn dann messen.