¿Cómo calcular el aumento térmico del MOSFET?

El siguiente es el MOSFET que estoy usando en mi fuente de alimentación (Topología - convertidor directo): PSMN1R8-40YLC La potencia estimada disipada en el MOSFET (incluidas las pérdidas del interruptor) es de 4 W

Mi intención es calcular el aumento de temperatura en el MOSFET debido a la disipación de potencia en el MOSFET.

Comprensión básica, Tj = Ta + RΘja * Pd -------------- Eqn (1)

Tj = temperatura de unión

Ta = Temperatura ambiente (Tomando como 25 °C)

RΘja = Unión a resistencia térmica ambiente

Pd = Potencia disipada en el MOSFET

La siguiente es la única información térmica disponible en la hoja de datos,

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La información disponible es la resistencia térmica desde la unión hasta la base de montaje.

P1) ¿Puedo calcular la temperatura de unión (usando Eq(1)) usando la resistencia térmica desde la unión hasta la base de montaje?

P2) Entendí que la resistencia térmica de la unión al ambiente está más relacionada con el área de PCB y otros factores, pero aún así, ¿podemos calcular la resistencia térmica del ambiente de la unión usando la resistencia térmica de la base de montaje de la unión?

Respuestas (2)

P1) Sí, puede hacerlo, si asumimos que la base de montaje está a 50 °C, luego, usando una disipación de 4 W y una resistencia térmica de la unión a la base de 0,55 K/W (valor máximo), obtenemos:

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

P2) Sí, el método de cálculo es el mismo que el anterior y el "punto de partida" será la temperatura ambiente en lugar de la temperatura base de montaje y simplemente se suman las resistencias térmicas:

Tj = Ta + Pd * (Rth_amb_to_base + Rth_base_to_juntion)

Entendí que está suponiendo que la base de montaje está a 50 ° C. ¿Se tomó esta temperatura en el peor de los casos (estoy comprobando si hay una lógica de ingeniería detrás de este valor) o se tomó arbitrariamente?
Sí, los 50°C son de hecho una suposición. El valor es arbitrario, realmente no importa qué valor sea, ya que el aumento de la temperatura es lo interesante, aquí son solo 2,2 °C, lo que no es mucho, pero se supone que la base se mantiene a la misma temperatura. En la práctica, eso será un desafío (a menos que la base sea muy grande), por lo que el desafío será lograr una base baja para la resistencia térmica ambiental.
Me gustaría ir con la segunda ecuación con una temperatura ambiente de 25°C. Pero no estoy seguro de cómo obtener el Rth_amb_to_base :-( ¿Podemos estimarlo con algunas suposiciones?
De hecho, el Rth_amb_to_base es complicado. Si usaría un disipador de calor, la hoja de datos enumera el valor. Si usa una placa de cobre (en la PCB), hay calculadoras para eso. También es importante la temperatura ambiente, si la PCB está en una caja cerrada (de plástico) se puede acumular calor. Si la carcasa es de metal, puede utilizar la carcasa como disipador de calor. Necesita disipar 4 W, no tanto, pero puede ser un desafío en un espacio pequeño. En un teléfono inteligente, 4 W durante un par de minutos es suficiente para que ya esté bastante caliente.
Hay relativamente espacio en el tablero y no es compacto como los teléfonos inteligentes. Y no estamos usando disipador de calor en el diseño. Estoy interesado en el cálculo de base a ambiente. ¿Hay una calculadora en línea disponible? Un buen enfoque está aquí ( mathscinotes.com/2014/01/a-pcb-thermal-computation-example )
Claro, hay calculadoras disponibles. No se cual recomendar. Parece que TI también tiene una herramienta: ti.com/adc/docs/midlevel.tsp?contentId=76735

¿Puedo calcular la temperatura de unión (usando Eq(1)) usando la resistencia térmica desde la unión hasta la base de montaje?

Puede, pero se supone que la base de montaje tiene cualidades perfectas de disipación de calor, es decir, se supone que la base permanece a temperatura ambiente. En realidad, la base de montaje también tendrá una resistencia térmica y esta estará en serie con la resistencia térmica del dispositivo: -

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En la imagen de arriba, la resistencia térmica total al ambiente es: -

Rjc + Rcs + Rsa

Donde Rjc es la resistencia térmica citada en la hoja de datos del MOSFET. Rcs es la pequeña resistencia térmica debida al montaje del MOSFET en un disipador térmico y Rsa es la resistencia térmica del disipador térmico al aire y esto también supone un cierto flujo de aire y una posición óptima del disipador térmico.

Fuente de imagen .

Entendí que la resistencia térmica de la unión al ambiente está más relacionada con el área de PCB y otros factores, pero aún así, ¿podemos calcular la resistencia térmica del ambiente de la unión usando la resistencia térmica de la base de montaje de la unión?

La explicación anterior que di debería aclarar esto ahora, pero no asuma que el ambiente local se mantendrá a 25 ° C; depende de que la eliminación de calor sea razonable.

También tenga en cuenta que el dispositivo que ha elegido está destinado a aplicaciones de conmutación en las que el voltaje de la fuente de la puerta se configura intencionalmente para encender el MOSFET casi por completo. Si está considerando usar este MOSFET para aplicaciones lineales o de limitación de corriente, debe tener cuidado con la fuga térmica cuando el voltaje de la puerta está por debajo de unos pocos voltios ( efecto Spirito ).

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