¿Cómo puedo determinar el área de cobre que se necesita en una PCB para proporcionar un disipador térmico adecuado para un MOSFET SMD de potencia?

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Estoy planeando usar el IRFR5305PBF Power MOSFET (http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfr5305pbf.pdf) para encender una carga. He determinado que necesito un disipador de calor externo con Rthsa < 29 C / W.

¿Qué debo hacer para determinar el área de cobre en la PCB requerida para proporcionar una resistencia térmica de < 29 C / W?

He intentado buscar en Google y en la base de datos IEEE, pero los artículos no me muestran claramente cómo calcular esto.

edit: estoy usando una PCB de 4 capas con 1 oz de cobre en la parte superior e inferior, y 0.5oz de cobre para las capas internas.

    
pregunta dla59

4 respuestas

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Lamentablemente, no hay una respuesta simple para tu pregunta. Hay demasiadas variables en el problema para que cualquiera pueda medir o caracterizar todas las configuraciones posibles: grosor del FR4, número de capas planas de cobre, número de vías entre las capas planas, la cantidad de flujo de aire sobre la placa y la temperatura del aire de entrada , la contribución térmica de otras partes cercanas, etc., etc.

Existen métodos de prueba estándar, pero estos no son relevantes para ninguna situación real, principalmente porque usan solo FR4 sin capas de cobre como elemento de difusión de calor. Varios proveedores también han publicado valores para ciertas configuraciones. La hoja de datos que vinculó, por ejemplo, se refiere a AN-994 de IRF, donde proporcionan información térmica. Valores de resistencia para varios paquetes ofrecidos por esa empresa. Pero tenga en cuenta que su condición de prueba estándar utiliza 2 oz. Cobre en las capas exteriores.

La tecnología lineal es otra empresa que publica resultados térmicos informativos. Si puede encontrar una de sus piezas en el mismo paquete que su FET y verifique la hoja de datos, es probable que le den una tabla de resistencia térmica para disipadores de calor de varios tamaños en las capas superior e inferior.

Por ejemplo, para su paquete DDPAK, que no es exactamente el mismo que el DPAK de su parte IRF, dan:

(De la hoja de datos de LT1965, vea más detalles sobre las condiciones de prueba)

Al menos puedes ver que llegar a menos de 29 C / W es un tanto desafiante. Las únicas condiciones de prueba en los resultados lineales que lograron requirieron 4 pulgadas cuadradas de cobre en las capas superior e inferior.

Pero, nuevamente, solo puedes contar con estas cifras como pautas, ya que factores como el flujo de aire influirán fuertemente en los resultados reales de tu aplicación.

    
respondido por el The Photon
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Le sugerimos que mire los disipadores de calor SMT (p. ej., este para dispositivos DPAK de Aavid ), ya que se reunirán sus especificaciones (con flujo de aire / convección adecuados, por supuesto).

En cuanto al área de cobre de PCB solo, puede consultar notas como esta de Fairchild , pero sospecho que, al hojearlo, el área requerida es bastante grande (> 1 pulgada cuadrada), lo que probablemente no sea una buena garantía de que el calor se hunda.

    
respondido por el Jason S
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Robert Kollman proporciona un par de páginas sobre este tema en Construyendo su fuente de alimentación: Consideraciones de diseño en la sección V - Consideraciones térmicas.

Nunca hice esto solo, pero recordé este documento. Él proporciona algunos ejemplos, así que supongo que probablemente podría transferir esto a su caso.

    
respondido por el PetPaulsen
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Aquí hay un artículo interesante que sugiere utilizar 4 capas y vías en el dispositivo: AN10874 - LFPAK MOSFET térmica guía de diseño - Nota de aplicación

    
respondido por el David Drysdale

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