Enfriamiento efectivo MOSFET

6

Necesitamos conducir un motor con alrededor de 40 amperios. El mosfet tiene un Rdson de unos 7 mohms a 90 grados centígrados. Eso es una friolera de 11.2Watts de calor generado en el pobre mosfet.

Estamos muy limitados de espacio, por lo que inicialmente pensamos que usaríamos un mosfet de montaje en superficie, como D2PAK. ¿Es posible un mosfet de montaje en superficie para manejar tanto calor? Pensamos en montar el mosfet en una gran almohadilla de cobre (eso disminuye la razón por la que elegimos el D2PAK en primer lugar, ya que ya no podemos usar ese espacio de la placa), y colocamos muchas vías térmicas en esa almohadilla de cobre. hacia la parte posterior del tablero, y en la parte posterior, nuevamente en un gran avión de cobre, monte un disipador de calor. ¿Podemos disipar el calor de esta manera? ¿Serían las vías en el tablero una vía térmica efectiva?

Otra opción es usar TO220. Pero no podemos encontrar una buena manera de enfriar los TO220 en nuestro espacio restringido. Existen disipadores de calor individuales para TO220 en el mercado, pero sin flujo de aire forzado, la mayoría de ellos son capaces de enfriar el dispositivo a aproximadamente 80 grados por encima del ambiente a 11.2W. Eso es un poco demasiado.

Me gustaría conocer sus experiencias en el enfriamiento de paquetes Mosfet, cualquier idea sería apreciada.

    
pregunta SomethingBetter

4 respuestas

13

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

Una respuesta puede ser a varios FET paralelos. Esto no solo reduce la disipación total en número de partes, sino que la disipación en cada FET se reduce en el cuadrado del número de partes. Entonces, si un FET disipa 10W, entonces dos FET paralelos disiparán el total de 5W, y cada FET disipará solo 2.5W.

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

En última instancia, tienes que decidir lo que realmente quieres. Cambiar 40A va a hacer algo de calor. De una forma u otra, tendrás que lidiar con eso. Puedes decirnos que estás en contra del espacio todo lo que quieras, 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.

    
respondido por el Olin Lathrop
2

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

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

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

    
respondido por el Adam Lawrence
2

Solo para darte una idea: la pizarra verde en la mitad de la primera imagen es un controlador BLDC que hice hace aproximadamente 2 años. Los FET D2PAK son PSMN4R3-30BL, mientras conducen una carga ficticia a aproximadamente 50A p-p por devanado (segunda imagen), no se están calentando mucho, 45-50 ° C tal vez. Pero estos son 6 FET, no uno, y el Rdson es más bajo, más yo uso cables como disipadores de calor: vea si puede usar el chasis o el motor en sí mismo si no se calienta mucho mientras se ejecuta.

Si quieres ver las formas de onda, mira este video - > enlace

    
respondido por el Oleg Mazurov
1

International Rectifier produce una gama de DirectFETs (enlace PDF), MOSFET de potencia solo con paquetes ligeramente más grande que la matriz de silicona:

ElpaquetepermitelaintegracióndeSMTcomoDxPAK,perotambiénlaseparacióndelcaminotérmicocomoTO-220,entamañomínimo.ElrendimientodeRDS(on)semaximizaaleliminarlaresistenciadelcable,porloque,dadoelmismosilicio,segenerarámenoscalorenprimerlugarquedeberechazar.

Hayunpardeopcionesparalarefrigeración,dependiendodequétanapretadaseasuintegración.Algunasdelascompensacionesseríanentretrabajodediseñomecánicoadicional,pasosdeensamblaje,recuentodepiezasyamp;costo,tamañodeldispositivoyrendimientotérmico.

(del documento técnico de IRF DirectFET)

    
respondido por el Nick T

Lea otras preguntas en las etiquetas