¿Estoy calculando correctamente la disipación de potencia de mi FET de derivación?

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Estoy diseñando un circuito de controlador de LED que requiere una conmutación PWM muy rápida a alta resolución (10 bits a 30 khz que requiere un ancho de pulso mínimo ~ 30 ns). Para lograr el tiempo de pulso requerido, estoy usando un FET para desviar la corriente de conducción del LED a tierra durante los períodos de "apagado". Estoy tratando de determinar la disipación de energía en el peor de los casos para el FET, para poder planificar estrategias de mitigación de calor al diseñar mi placa.

Uno de los FET que estoy considerando es el BUK9M52-40E, porque funciona con voltajes de nivel lógico y tiempos de encendido/apagado en el rango de un solo ns. Sin embargo, no es un MOSFET de potencia y no parece tener un disipador de calor incorporado sustancial, por lo que presumiblemente tendría que depender de vertidos de cobre y vías térmicas para la gestión del calor.

Conduciré 8 LED en serie a 24 V a una corriente promedio constante de 360 ​​mA con una corriente máxima de 540 mA.

El FET tiene un RDSon máximo de 52 mO a 5 V, aunque espero manejarlo con una señal de 3,3 V, que por lo que puedo determinar daría como resultado un RDSon más cercano a los 100 mO. Entonces, dada una corriente promedio constante de 360 ​​mA y suponiendo 100 mO de resistencia (0,36 A x 0,01 O), el voltaje en la fuente de drenaje será de 0,0036 V. Entonces, la disipación de energía en el FET será 0.0036V x 0.36A = 0.001296W.

Este número parece... realmente bajo. Y dado que el FET tiene una potencia nominal de 31 W, asumo que esto está dentro de sus capacidades, y probablemente podría salirme con la mía con muy poca gestión térmica y, potencialmente, con un FET mucho más pequeño. ¿Estoy en lo correcto en esta suposición?

Promediar la potencia, no la corriente. Cuando el fet está encendido, la potencia es 0,36*0,36*0,1. Cuando el fet está apagado, la energía es cero. Durante los breves tiempos transitorios de conmutación, la disipación de potencia fet será mucho mayor. La importancia de eso depende de la frecuencia de conmutación. Si la frecuencia es baja, probablemente no importe. Si la frecuencia es alta, es posible que deba tenerla en cuenta.
Entonces, si el cálculo en la respuesta es correcto y la disipación de energía es de 12 mW cuando la energía se desvía a través del FET, y la hoja de datos afirma que la resistencia térmica desde la unión hasta la base de montaje es de 4,8 K/W, estoy viendo muy por debajo de 1C de calor de la potencia disipada. Supongo que es una cifra baja, pero incluso si fuera por un margen significativo, siento que es una cantidad de calor manejable.
360 mA es una corriente muy modesta para cambiar. Una gran variedad de sot 23 FET funcionará bien. Parece que está ansioso por encenderlo y apagarlo rápidamente, lo que puede ser un desafío mayor que la disipación de calor en su caso. Entonces, cuando compare los FET, observe el parámetro de carga de la puerta. Los FET con carga de compuerta más baja se encenderán más rápido. ¿La caída de voltaje debido a Rds le causará algún problema? No sigo completamente tu solicitud. Pero si está calibrando un ADC o algo que podría ser un problema (podría introducir una compensación).

Respuestas (1)

La disipación de energía es I 2 R entonces 12 mW, más pérdidas de conmutación. No verifiqué cuán realistas son tus 100 m. Ω aspecto. Aparentemente no está garantizado, así que estás tirando los dados.

Tenga en cuenta que la corriente promedio no es tan importante como la corriente promedio al cuadrado (que es mayor que el cuadrado de la corriente promedio si está cambiando).

Tenga en cuenta que las velocidades de conmutación se especifican con una corriente de puerta máxima de 1 A, por lo que suponen un buen controlador de puerta. Hay mucha capacitancia de Miller en su situación debido al gran cambio en Vds.

Ah, ok, 12 mW suena un poco más realista. Olvidé por completo que había una fórmula diferente para la disipación de energía. Todavía parece totalmente manejable si eso termina siendo exacto.
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