Effektive MOSFET-Kühlung

Um Ihre erste Frage direkt zu beantworten: Nein, nicht einmal annähernd. Etwas mehr Kupfer um ein oberflächenmontiertes Teil herum wird 11 W Wärme nicht loswerden. Auf keinen Fall.

Eine Antwort könnte darin bestehen, mehrere FETs parallel zu schalten. Dadurch wird nicht nur die Gesamtdissipation um die Anzahl der Teile reduziert, sondern die Dissipation an jedem FET wird um das Quadrat der Anzahl der Teile reduziert. Wenn also ein FET 10 W abführt, würden zwei parallele FETs insgesamt 5 W abführen, und jeder FET würde nur 2,5 W abführen.

Das ist in der Theorie. In der Praxis teilen sie die Last nicht genau gleichmäßig auf, sodass Sie pro FET etwas schlechter als das entwerfen müssen. Das Gute an der Parallelschaltung von FETs ist, dass sie einen positiven Temperaturkoeffizienten haben. Der Rdson steigt mit der Temperatur. Dies hilft ihnen etwas auszubalancieren und verhindert ein Durchgehen eines einzelnen Teils, wie es bei Bipolartransistoren der Fall sein könnte.

Letztendlich musst du entscheiden, was du wirklich willst. Das Schalten von 40A wird etwas Wärme erzeugen. So oder so wirst du damit umgehen müssen. Sie können uns so viel sagen, dass Sie platzbeschränkt sind, wie Sie wollen, aber letztendlich wird die Physik eine bestimmte Menge an Platz, Oberfläche, erzwungener Kühlung oder was auch immer vorschreiben. Es ist möglicherweise nicht möglich, alle Einschränkungen zu erfüllen. Nicht alle Kombinationen aus kleiner Größe, hoher Stromstärke und niedrigen Kosten sind möglich.

Nur um Ihnen eine Vorstellung zu geben: Die grüne Platine in der Mitte des ersten Bildes ist ein BLDC-Treiber, den ich vor etwa 2 Jahren gebaut habe. Die D2PAK-FETs sind PSMN4R3-30BL, während sie eine Dummy-Last mit etwa 50 A pp pro Wicklung (zweites Bild) ansteuern, werden sie nicht sehr heiß, vielleicht 45-50 ° C. Aber das sind 6 FETs, nicht einer, und der Rdson ist niedriger, außerdem verwende ich Drähte als Kühlkörper - sehen Sie, ob Sie das Chassis oder den Motor selbst verwenden können, wenn es beim Laufen nicht sehr warm wird.

Wenn Sie die Wellenformen sehen möchten, schauen Sie sich dieses Video an -> https://www.youtube.com/watch?v=n16nrkDgMSA

Die Verwendung von Durchkontaktierungen zur Verbesserung der thermischen Impedanz ist ein gültiger Ansatz für PCB-montierte MOSFETs und mehrschichtige PCBs. Ohne ausgefeilte Modellierungswerkzeuge wie Flotherm ist es jedoch schwierig vorherzusagen, welche Temperatur Sie erreichen werden, ohne die Schaltung tatsächlich zu bauen und zu testen.

11 W auf dem Gerät klingen hoch, aber andererseits, wenn Sie die Volt und Ampere nicht überschreiten und die Sperrschichttemperatur innerhalb der Grenzen halten können, ist alles in Ordnung.

Möglicherweise möchten Sie MOSFETs parallel in Betracht ziehen, um die Last zu teilen. Die$R_{DS(on)}$hat einen positiven Temperaturkoeffizienten, sodass die Last zwischen ihnen ausgeglichen wird.

International Rectifier produziert eine Reihe von DirectFETs (PDF-Link), Leistungs-MOSFETs mit Gehäusen, die nur geringfügig größer sind als der Siliziumchip:

Das Gehäuse ermöglicht SMT-Integration wie DxPAKs, aber auch thermische Pfadtrennung wie TO-220s bei minimaler Größe. Die R _DS(on) -Leistung wird maximiert, indem der Leitungswiderstand eliminiert wird, sodass bei gleichem Silizium von vornherein weniger Wärme erzeugt wird, die Sie ablehnen müssen.

Es gibt ein paar Optionen für die Kühlung, je nachdem, wie eng Ihre Integration ist. Einige der Kompromisse wären zwischen zusätzlicher mechanischer Konstruktionsarbeit, Montageschritten, Anzahl und Kosten der Teile, Gerätegröße und Wärmeleistung.

^{(aus dem IRF DirectFET-Whitepaper)}