MOSFET-Wärmewiderstand

Sie haben berechnet, dass Ihre Anwendungsschaltung 235 W verbraucht. Um die Sperrschicht unter einer angemessenen Temperatur zu halten (ich möchte dem Maximum nicht näher als vielleicht 50 ° C kommen), können Sie eine maximale Sperrschicht von 125 ° C festlegen.

Für Ihr Gerät, das heißt bei einer Umgebungsbedingung von 25 °C und einer maximalen Sperrschicht von 125 °C (100 °C Temperaturanstieg), benötigen Sie eine Senke mit einem Gesamtwärmewiderstand von 0,4255 °C/W.

Unglücklicherweise überschreiten die Parameter von Verbindung zu Gehäuse und Gehäuse zu Senke, wenn sie zusammengezählt werden, dies um einen beträchtlichen Spielraum (0,53 C/W).

Das Beste in dieser Situation wäre, wenn möglich, mehrere Geräte parallel zu verwenden.

Allein der Beitrag der oben genannten Parameter verursacht einen Temperaturanstieg von 124,55 °C (bei einer Sperrschichttemperatur von 149,55 °C bei einer Umgebungstemperatur von 25 °C), sodass der Kühlkörper einen thermischen Widerstand von nicht mehr als 0,1 °C/W und selbst dann aufweisen müsste Das Gerät wird bei der maximal zulässigen Sperrschichttemperatur betrieben, was nicht empfohlen wird .

Der Betrieb bei absoluten Höchstwerten verkürzt definitiv die Lebensdauer des Geräts, abgesehen davon, dass es heiß genug ist, um gefährlich zu sein.

Obwohl es solche Kühlkörper gibt, hätten sie Zwangsluft und wären sehr sperrig, wie Sie dieser Liste entnehmen können , und wie Sie sehen können, sind sie ziemlich teuer.

Beachten Sie, dass diese Analyse einen Kühlkörper mit unvollkommener Passform nicht berücksichtigt, sodass kein Spielraum verfügbar ist.

Mein Vorschlag ist also, zum Design zurückzukehren und eine Methode zu finden, um Ihre Anforderungen ohne eine so große Wärmemenge an einem Ort zu erfüllen.

Maximale Belastbarkeit

Dies ist ein Bereich, der oft missverstanden wird; Das von Ihnen verwendete Teil hat eine maximale Leistungsfähigkeit, die durch die Einbauten des Teils begrenzt ist , aber die tatsächlich maximal zulässige Verlustleistung wird durch den Wärmewiderstand bestimmt.

Aus diesem App-Hinweis von Infineon gibt es ein Diagramm der maximalen Belastbarkeit bei Umgebungstemperatur ohne Kühlkörper:

Wie Sie sehen können, erreicht der D2PAK bei 25 ° C Umgebungstemperatur etwas mehr als 5 W.

Der Wärmewiderstand von Standard-Kupferfolie (1 Unze/Fuß^2) beträgt 70 Grad Celsius/Watt pro Folienquadrat, wobei die Wärme von einer Kante zur gegenüberliegenden Kante fließt.

Für jede Quadratgröße.

Ihre Berechnung für die Anschlusswiderstände für MOSFETS finden Sie im Datenblatt. Die folgende Tabelle zeigt einige typische.

( Bildquelle - Elektronikdesign - Berechnung der Verlustleistung für MOSFETs in Hochleistungsversorgungen )

Diese sind beim IRFP4468PbF tatsächlich Rjc = 0,29 und Rja=40.

Wenn Sie die benötigte Senke berechnen möchten, sollten Sie Rcs + Rsa (Wärmewiderstand von Gehäuse zu Senke + Wärmewiderstand von Senke zu Umgebung) berechnen. Diese werden beide durch die Senke definiert, die Sie verwenden werden. Das sieht man auf folgendem Bild:

( Bildquelle - Abbildung 6-22 in der Doktorarbeit von Matthew Little: DC Electrical Interconnection of Renewable Energy Sources in a Stand-Alone Power System with Hydrogen Storage )

Sie müssen auch definieren oder definiert haben, wie hoch Ihre Verlustleistung sein wird. Sonst hast du 2 Unbekannte.

Wenn Sie die Leistung kennen und Rcs + Rsa berechnet haben, können Sie beliebig einen Kühlkörper auswählen, der den Einschränkungen entspricht. (siehe Datenblätter)

Eine Randbemerkung: Wie Sie auf dem Bild sehen, gehen Sie immer von der Kreuzung zum Umgebungslicht. Dies bedeutet, dass Sie Rjc nicht mehr verwenden, wenn Sie Rja verwenden, da Rja = Rjc + Rca. Obwohl Rca im Vergleich zu Rjc eher klein ist, ist dies ein Fehler in Ihrer Berechnung.

( Bildquelle - IRFP4468PbF Datenblatt )

Obwohl es solche Kühlkörper gibt, hätten sie Zwangsluft und wären sehr sperrig, wie Sie dieser Liste entnehmen können, und wie Sie sehen können, sind sie ziemlich teuer.
- @ Peter Schmidt

Dies kann nicht wahr sein. Abhängig von den Platz- und Gehäuseanforderungen.

Ich entwerfe LED-Streifen. Thermomanagement ist ein großes Thema.

Was ich hier mache, ist, das Bauteil am Rand der Leiterplatte mit dem Loch zum Rand zu platzieren.

Ich würde einen möglichst dicken, langen und breiten Kupferstreifen auf die Bestückungsseite legen.

Fügen Sie diesem Kupferstreifen Befestigungslöcher hinzu.

Auf diesen Kupferstreifen würde ich dann eine Stange aus Aluminium anbringen.
Ich befestige dann einen Kühlkörper an der Aluminiumstange.
Die beiden 12-Zoll-Kühlkörper kosten 5 US-Dollar pro Stück bei heatsinkusa.com (Zahlung pro Zoll).
Die 560-mm-Aluminiumleiste kostet weniger als 2 US-Dollar.

Hier habe ich eine Kupferstange verwendet, die an einer Kupferwasserleitung befestigt ist, durch die Eiswasser fließt. Material kostet etwa 3 $ pro Fuß.
Dieser Streifen hat 3 W x 16 LEDs alle 0,7 ".
Der Temperaturunterschied zwischen Rohr und LED-Gehäuse betrug ein paar Grad.

Cree XP

Luxeon-Rebell

Das passiert, wenn die Schrauben nicht fest sind

Mein Gedanke hier ist, den Kühlkörper an der Komponentenseite zu montieren, anstatt thermische Durchkontaktierungen zu verwenden, um den Wärmewiderstand sehr gering zu halten. Es gibt einen Kupferpfad vom Wärmeleitpad der LED zum Kupferrohr. Das Verschrauben der Leiterplatte mit der Kupferschiene reduziert den thermischen Widerstand erheblich. Wärmeleitpaste habe ich nicht benötigt. Wenn ich eine bessere thermische Leistung benötigt hätte, hätte ich eher einen weichen, dünnen Kupferfilm als ein herkömmliches TIM verwendet.