LEISTUNGS-MOSFET - Thermisches Design

Ich habe einige Zweifel an diesem thermischen Design?

Zuerst die Berechnungen und Infos: Meine Last (ein Motor) verbraucht einen durchschnittlichen Strom von 7A, ich konnte die Stromspitze zu Beginn der Drehung nicht messen (wir schießen 20A Spitze).

  • Qgc = 100nC
  • MOSFET-Rds: 850 Mikroohm (VGS = ~7 V) (I überschätzte Rds aus Datenblatt)
  • Vom Mosfet abgegebene Leistung: P = I² * R
  • P = 400 * 0,000850 = 0,19125 W

Rds-Datenblatt

Angesichts dieser Verlustleistung habe ich ein Pad (dieses direkt über Q1) in der oberen Schicht von ungefähr 10 mm x 20 mm = 200 mm². und in der unteren Schicht 20mmx20mm = 400mm². Die aber über Vias verbunden sind

PCB-Design

Ich habe zwei Zweifel:

  1. Ist es möglich, nur die obere Schicht für diese Wärmeableitung zu verwenden? Ich möchte die Platine hier in meiner selbstgebauten CNC herstellen, und ich könnte die "Thermal Vias" nicht selbst machen.
  2. Ist es möglich, den Spitzenstrom (Einschaltstrom), den der Motor beim Starten verbraucht, zu verringern? Ich stellte mir vor, dass das Platzieren eines Kondensators parallel zu Gate / Source die Zeit zum Laden des Gates verlängern würde. diese Art funktionierte, aber wenn die Einschaltzeit um 5% verlängert wurde, verdreifachte sie die Ausschaltzeit.

Antworten (2)

1) Da Sie nur etwa 0,2 WI verbrauchen, ist dies mehr als in Ordnung, vorausgesetzt, diese Leiterplatte befindet sich nicht in einer sehr heißen Umgebung. Es ist möglich, den Wärmewiderstand (gegenüber der Umgebung) mit Tools wie denen auf der Website von TI zu berechnen .

2) Möglich: ja, aber das würde ich nicht wählen! Was Sie dann tun, ist, dem MOSFET vorübergehend einen höheren Widerstand zu geben, wodurch die Verlustleistung in diesem Transistor vorübergehend erhöht wird.

Der Einschaltstrom erhöht auch vorübergehend die Verlustleistung, aber die Gesamtenergie, die der MOSFET abführen muss, wird sehr wahrscheinlich viel geringer sein .

Beachten Sie, dass der MOSFET den Spitzenstrom und die Spitzenleistung verarbeiten kann. Verlustleistung gibt es kein direktes Problem, es sei denn, es wird zu heiß. Das Gehäuse des MOSFET und der Kühlbereich der Leiterplatte benötigen etwas Energie zum Aufheizen (thermische Kapazität), daher ist es vorübergehend in Ordnung, eine höhere Verlustleistung zu haben. Solange es nicht zu lange dauert.

Ich würde den MOSFET so schnell wie möglich einschalten und nicht versuchen, den Einschaltstrom zu begrenzen. Es könnte besser sein, einen PTC zu verwenden, um den Einschaltstrom zu begrenzen.

Das alles lässt sich berechnen, ist aber nicht so einfach. Normalerweise muss ein thermisches Modell erstellt werden. Dies kann in einem Schaltungssimulator erfolgen, wo die Spannung dann die Temperatur darstellt.

Eine andere (meiner Meinung nach bessere) Möglichkeit, den Einschaltstrom zu verringern, besteht darin, die Motorspannung zu PWM, beginnend bei 0 V und langsam zu erhöhen.
Die PWM-Frequenz sollte hoch genug sein, damit der Motor nicht "mithalten" kann. Eine nicht hörbare PWM-Frequenz von >50 kHz reicht meistens aus.
Eine Möglichkeit, um zu bestimmen, wie langsam die PWM-Spannung erhöht werden soll, besteht darin, die Anstiegszeit von Spannung und/oder Strom zu betrachten, wenn die volle Spannung auf einmal angelegt wird: Erhöhen Sie die PWM-Spannung um einen Faktor 10 oder mehr langsamer.

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