Cálculo de resistencia térmica Mosfet

_{Me he concentrado en explicar ciertas cosas porque, cuando las comprenda, sus otras preguntas probablemente se volverán irrelevantes.}

• La resistencia térmica de la unión a la carcasa le indica qué tan caliente se calentará la unión por encima de la temperatura de la carcasa. Si tiene un valor de 30 grados centígrados por vatio y el dispositivo está disipando 2 vatios de potencia, entonces la unión se elevará 60 grados centígrados por encima de la temperatura de la caja.

• Esta cifra es el resultado final principal y todo lo que podemos esperar hacer es evitar que la carcasa suba demasiado la temperatura y provoque que la unión interna exceda los límites establecidos. Por lo tanto, usamos disipadores de calor adjuntos a la carcasa para evitar que la carcasa se caliente demasiado.

• Pero hay otro camino paralelo para que viaje el calor y que es directamente al ambiente: esta es la resistencia térmica de unión-ambiente y, por lo general, es mucho más alta que la resistencia térmica de unión a caja. Pero es un camino paralelo y todo ayuda.

• También tenga en cuenta que la carcasa y el ambiente local en el dispositivo aumentarán a medida que se extrae calor del dispositivo, por lo que no puede suponer que el ambiente local permanece estable a la temperatura externa de cualquier contenedor para el dispositivo (estoy pensando en un PCB recinto aquí).

¿Es posible saber qué condiciones extremas de prueba se utilizaron para medir las resistencias térmicas en la hoja de datos?

Las resistencias térmicas citadas en una hoja de datos MOSFET a menudo se prueban de acuerdo con los estándares de prueba JEDEC (como JESD24-3 o similar). La configuración estándar o de prueba específica a menudo se incluye en una nota en la hoja de datos.
https://www.jedec.org/standards-documents/docs/jesd-24-3

Una configuración de prueba típica tendría una placa de circuito impreso con una almohadilla térmica de 1" x 1" unida a la lengüeta de drenaje del MOSFET y solo convección natural. Una unión típica a la resistencia térmica ambiental para una configuración de este tipo suele ser de unos 40 °C/W.

¿Cómo encuentran estos valores de resistencia térmica Rthjc?

Por lo general, lo mide poniendo una cantidad conocida de energía en el dispositivo y luego usando un par de termopares para medir la diferencia de temperatura.

En la siguiente figura, la lengüeta de drenaje está unida a un disipador de calor muy grande y la resistencia térmica es muy baja. Los cables del dispositivo están conectados a cables delgados y la resistencia térmica es muy alta. Se pone energía en el dispositivo. Se miden la corriente y el voltaje. Los termopares están soldados a la lengüeta de drenaje y uno de los cables del dispositivo.

En esta configuración, casi todo el calor sale de la lengüeta de drenaje y casi nada de calor sale de los cables del dispositivo. Debido a que sale muy poco calor de los cables, su temperatura será aproximadamente igual a la temperatura de unión del dispositivo. La diferencia entre las dos mediciones del termopar da una aproximación cercana a la diferencia de temperatura entre la unión y la lengüeta. Y dado que la potencia también se mide, podemos encontrar la resistencia térmica de la unión a la pestaña tomando la relación de los dos.

Yo personalmente he usado este método y concuerda bastante bien con lo que aparece en las hojas de datos del dispositivo.

A diferencia de la resistencia térmica de unión a caja, la resistencia térmica de caja a ambiente dependerá de su configuración exacta. Cambiará según el tamaño de la placa de circuito impreso, su grosor, la cantidad de cobre que contiene, si la placa es horizontal o vertical, si la tiene en un gabinete, etc.

Si tiene las herramientas, una forma de estimarlo es con un modelo térmico en un programa de simulación.

Hasta cierto punto, probablemente tendrá que confiar en la experiencia para construir un prototipo que lo lleve al estadio de béisbol y luego medirlo.