MOSFET DE POTENCIA - Diseño Térmico

tengo algunas dudas con este diseño térmico?

primero, los calculos e infos: Mi carga (un motor) usa una corriente promedio de 7A, no pude medir el pico de corriente al inicio de la rotacion (tiramos 20A de pico).

  • Qgc = 100nC
  • MOSFET Rds: 850 microOhm (VGS = ~7V) (sobreestimé Rds de la hoja de datos)
  • Potencia disipada por el mosfet: P = I² * R
  • P = 400 * 0,000850 = 0,19125 W

Hoja de datos de Rds

Dado este poder de disipación, tengo una almohadilla (esta justo sobre Q1) en la capa superior de aproximadamente 10 mm x 20 mm = 200 mm². y en la capa inferior de 20mmx20mm = 400mm². Que están conectados a través de vías

Diseño de PCB

tengo dos dudas:

  1. ¿Es posible usar solo la capa superior para esta disipación térmica? Me gustaría fabricar la pcb aquí en mi CNC casero, y no sería capaz de hacer las "vías térmicas" de forma casera.
  2. ¿Es posible disminuir la corriente pico (corriente de irrupción) que consume el motor durante el arranque? Imaginé que colocar un capacitor paralelo a Gate/Source aumentaría el tiempo para cargar la puerta; este tipo de trabajo, pero si el tiempo de encendido aumentó en un 5%, se triplicó el tiempo de apagado.

Respuestas (2)

1) dado que solo está disipando alrededor de 0.2 WI, diría que esto está más que bien, suponiendo que esta PCB no esté en un ambiente muy caliente. Es posible calcular la resistencia térmica (al ambiente) utilizando herramientas como las del sitio web de TI .

2) Posible: ¡sí , pero no elegiría hacer eso! Entonces, lo que está haciendo es darle temporalmente al MOSFET una mayor resistencia y eso aumentará temporalmente la disipación de energía en ese transistor.

La corriente de irrupción también aumenta la disipación de energía temporalmente , pero es muy probable que la energía total que el MOSFET necesite disipar sea mucho menor .

Tenga en cuenta que siempre que el MOSFET pueda manejar la corriente máxima y la potencia máxima. disipación no hay problema directo a menos que se caliente demasiado. El paquete del MOSFET y el área de enfriamiento de la PCB requerirán algo de energía para calentarse (capacitancia térmica), por lo que temporalmente está bien tener una mayor disipación de energía. Siempre y cuando no dure demasiado.

Elegiría encender el MOSFET lo más rápido posible y no intentar limitar la corriente de entrada. Podría ser mejor usar un PTC para limitar la corriente de entrada.

Todo esto se puede calcular, pero no es tan fácil. Por lo general, se necesita hacer un modelo térmico. Esto se puede hacer en un simulador de circuito donde el voltaje representa la temperatura.

Otra forma (creo que mejor) de disminuir la corriente de entrada es PWM el voltaje del motor, comenzando en 0V y aumentándolo lentamente.
La frecuencia PWM debe ser lo suficientemente alta para que el motor no pueda "mantenerse". Una frecuencia PWM no audible de> 50 kHz será suficiente la mayoría de las veces.
Una forma de determinar qué tan lento es aumentar el voltaje PWMed es observar el tiempo de aumento del voltaje y/o la corriente cuando se aplica el voltaje completo de una vez: aumente el voltaje PWMed un factor 10 o más lento.