Wie berechnet man den thermischen Anstieg des MOSFET?

Das Folgende ist der MOSFET, den ich in meinem Netzteil verwende (Topologie - Vorwärtswandler): PSMN1R8-40YLC Die geschätzte Verlustleistung im MOSFET (einschließlich der Schaltverluste) beträgt 4 W

Meine Absicht, den Temperaturanstieg im MOSFET aufgrund der Verlustleistung im MOSFET zu berechnen.

Grundlegendes Verständnis, Tj = Ta + RΘja * Pd -------------- Gl. (1)

Tj = Sperrschichttemperatur

Ta = Umgebungstemperatur (angenommen 25 °C)

RΘja = Übergang zum thermischen Widerstand der Umgebung

Pd = Verlustleistung im MOSFET

Im Folgenden sind die einzigen thermischen Informationen aufgeführt, die im Datenblatt verfügbar sind:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die verfügbaren Informationen sind der Wärmewiderstand von der Verbindungsstelle bis zur Montagebasis.

F1) Kann ich die Sperrschichttemperatur (unter Verwendung von Gleichung (1)) unter Verwendung des Wärmewiderstands von der Sperrschicht zur Montagebasis berechnen?

F2) Ich habe verstanden, dass der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zur Umgebung mehr mit der PCB-Fläche und anderen Faktoren zusammenhängt. Aber können wir trotzdem den Wärmewiderstand von der Sperrschichtumgebung unter Verwendung des Wärmewiderstands von der Befestigungsbasis der Sperrschicht berechnen?

Antworten (2)

F1) Ja, das können Sie, wenn wir davon ausgehen, dass die Montagebasis 50 °C hat, dann erhalten wir bei Verwendung von 4 W Verlustleistung und 0,55 K/W (Maximalwert) thermischem Widerstand der Verbindung zur Basis:

Tj = 50 °C + (4 W * 0,55 °C/W) = 52,2 °C

Q2) Ja, die Berechnungsmethode ist die gleiche wie oben, und der "Startpunkt" ist die Umgebungstemperatur anstelle der Temperatur der Montagebasis, und Sie addieren einfach die Wärmewiderstände:

Tj = Ta + Pd * (Rth_amb_to_base + Rth_base_to_juntion)

Ich habe verstanden, dass Sie davon ausgehen, dass die Montagebasis 50 ° C beträgt. Ist dies eine Temperatur im schlimmsten Fall (ich überprüfe, ob hinter diesem Wert eine technische Logik steckt) oder willkürlich genommen?
Ja, die 50°C sind tatsächlich eine Vermutung. Der Wert ist willkürlich, es spielt keine Rolle, welcher Wert es ist, da der Temperaturanstieg das Interessante ist, hier sind es nur 2,2 ° C, was nicht viel ist, aber davon ausgeht, dass die Basis auf derselben Temperatur bleibt. In der Praxis wird dies eine Herausforderung sein (es sei denn, die Basis ist sehr groß), so dass das Erreichen eines niedrigen Wärmewiderstands der Basis gegenüber der Umgebung die Herausforderung sein wird.
Ich würde gerne mit der zweiten Gleichung mit einer Umgebungstemperatur von 25 ° C gehen. Aber nicht sicher, wie man Rth_amb_to_base bekommt :-( Können wir es mit einigen Annahmen schätzen?
In der Tat ist der Rth_amb_to_base der knifflige. Wenn Sie einen Kühlkörper verwenden würden, listet das Datenblatt den Wert auf. Wenn Sie eine Kupferplatte (auf der Platine) verwenden, gibt es dafür Rechner. Wichtig ist auch die Umgebungstemperatur, wenn sich die Leiterplatte in einer geschlossenen (Kunststoff-)Box befindet, kann es zu einem Wärmestau kommen. Wenn das Gehäuse aus Metall ist, können Sie das Gehäuse als Kühlkörper verwenden. Sie müssen 4 W abführen, nicht so viel, aber es kann auf kleinem Raum eine Herausforderung sein. In einem Smartphone reichen 4 W für ein paar Minuten aus, um es schon ziemlich warm zu machen.
Es ist relativ viel Platz in der Platine und nicht so kompakt wie Smartphones. Und wir verwenden keinen Kühlkörper im Design. Ich interessiere mich für die Base-to-Ambient-Berechnung. Gibt es einen Online-Rechner? Ein guter Ansatz ist hier ( mathscinotes.com/2014/01/a-pcb-thermal-computation-example )
Natürlich gibt es Rechner. Ich weiß nicht, was ich empfehlen soll. Anscheinend hat TI auch ein Tool: ti.com/adc/docs/midlevel.tsp?contentId=76735

Kann ich die Sperrschichttemperatur (unter Verwendung von Gleichung (1)) mithilfe des Wärmewiderstands von der Sperrschicht zur Montagebasis berechnen?

Sie können, aber es wird davon ausgegangen, dass der Montagesockel perfekte Wärmeableitungseigenschaften hat, dh es wird davon ausgegangen, dass der Sockel die Umgebungstemperatur beibehält. In Wirklichkeit hat der Montagesockel auch einen Wärmewiderstand und dieser ist in Reihe mit dem Wärmewiderstand des Geräts: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Im obigen Bild beträgt der gesamte Wärmewiderstand gegenüber der Umgebung: -

Rjc + Rcs + Rsa

Wobei Rjc der im Datenblatt des MOSFET angegebene Wärmewiderstand ist. Rcs ist der kleine thermische Widerstand aufgrund der Montage des MOSFET auf einem Kühlkörper und Rsa ist der thermische Widerstand des Kühlkörpers gegenüber Luft, und dies setzt auch einen bestimmten Luftstrom und eine optimale Positionierung des Kühlkörpers voraus.

Bildquelle .

Ich habe verstanden, dass der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zur Umgebung mehr mit der Leiterplattenfläche und anderen Faktoren zusammenhängt. Aber können wir trotzdem den Wärmewiderstand von der Sperrschichtumgebung unter Verwendung des Wärmewiderstands von der Befestigungsbasis der Sperrschicht berechnen?

Die obige Erklärung, die ich gegeben habe, sollte dies jetzt klarer machen, aber gehen Sie nicht davon aus, dass die lokale Umgebung bei 25 ° C bleiben wird - es hängt davon ab, ob die Wärmeabfuhr angemessen ist.

Beachten Sie auch, dass das von Ihnen gewählte Gerät für Schaltanwendungen vorgesehen ist, bei denen die Gate-Source-Spannung absichtlich so eingestellt ist, dass der MOSFET nahezu vollständig eingeschaltet wird. Wenn Sie diesen MOSFET zur Strombegrenzung oder für lineare Anwendungen verwenden möchten, müssen Sie auf thermisches Durchgehen achten, wenn die Gate-Spannung unter einigen Volt liegt ( Spirito-Effekt ).

Wie berechnet man den thermischen Anstieg des MOSFET?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v