Enfriamiento MOSFET efectivo

Para responder directamente a su primera pregunta: No, ni siquiera cerca. Un poco más de cobre alrededor de una pieza de montaje en superficie no eliminará 11 W de calor. De ninguna manera.

Una respuesta puede ser poner en paralelo múltiples FET. Eso no solo reduce la disipación total por el número de partes, sino que la disipación en cada FET se reduce por el cuadrado del número de partes. Entonces, si un FET disipa 10 W, entonces dos FET paralelos disiparían un total de 5 W, y cada FET disiparía solo 2,5 W.

Eso es en teoría. En la práctica, no compartirán la carga exactamente por igual, por lo que debe diseñar un poco peor que eso por FET. Lo bueno de los FET en paralelo es que tienen un coeficiente de temperatura positivo. El Rdson sube con la temperatura. Esto les ayuda a equilibrarse un poco y evita el desbocamiento de una sola parte, como podría ser el caso de los transistores bipolares.

Al final tienes que decidir lo que realmente quieres. Cambiar 40A va a generar algo de calor. De una forma u otra vas a tener que lidiar con eso. Puede decirnos que tiene restricciones de espacio todo lo que quiera, pero en última instancia, la física dictará una cierta cantidad de espacio, área de superficie, enfriamiento forzado o lo que sea. Puede que no sea posible cumplir con todas las restricciones. No todas las combinaciones de tamaño pequeño, alta corriente y bajo costo son posibles.

Solo para darle una idea: el tablero verde en el medio de la primera imagen es un controlador BLDC que hice hace aproximadamente 2 años. Los FET D2PAK son PSMN4R3-30BL, aunque manejan una carga ficticia de aproximadamente 50 A pp por devanado (segunda foto), no se calientan mucho, tal vez entre 45 y 50 °C. Pero esto son 6 FET, no uno, y el Rdson es más bajo, además de que uso cables como disipadores de calor; vea si puede usar el chasis o el motor si no se calienta mucho mientras funciona.

Si desea ver las formas de onda, eche un vistazo a este video -> https://www.youtube.com/watch?v=n16nrkDgMSA

El uso de vías para mejorar la impedancia térmica es un enfoque válido para MOSFET montados en PCB y PCB multicapa. Sin embargo, sin herramientas de modelado sofisticadas como Flotherm, es difícil predecir qué temperatura alcanzará sin construir y probar el circuito.

11 W en el dispositivo suena alto, pero, de nuevo, si no está excediendo los voltios y amperios, y puede mantener la temperatura de la unión dentro de los límites, está bien.

Es posible que desee considerar los MOSFET en paralelo para compartir la carga. Él$R_{DS(on)}$tiene un coeficiente de temperatura positivo, por lo que la carga se equilibrará entre ellos.

International Rectifier produce una gama de DirectFET (enlace PDF), MOSFET de potencia con paquetes solo un poco más grandes que la matriz de silicio:

El paquete permite la integración SMT como DxPAK, pero también la separación de ruta térmica como TO-220, en un tamaño mínimo. El rendimiento de R _{DS (encendido)} se maximiza al eliminar la resistencia del plomo, por lo que, dado el mismo silicio, se generará menos calor en primer lugar que debe rechazar.

Hay un par de opciones para el enfriamiento, dependiendo de qué tan estrecha sea su integración. Algunas de las compensaciones serían entre el trabajo de diseño mecánico adicional, los pasos de ensamblaje, el recuento y el costo de las piezas, el tamaño del dispositivo y el rendimiento térmico.

^{(del documento técnico IRF DirectFET)}