Hoe bepaal ik welk kopergebied nodig is op een PCB om voldoende koeling voor een SMD MOSFET voor voeding te bieden?

I am planning to use the IRFR5305PBF Power MOSFET (http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfr5305pbf.pdf) to switch on a load. I have determined that I need an external heatsink with Rthsa < 29 C/W.

How would I go about determining the area of copper on the PCB required to provide a thermal resistance of < 29 C/W?

Ik heb geprobeerd te zoeken op Google en de IEEE-database, maar de artikelen laten me niet duidelijk zien hoe ik dit moet berekenen.

edit: ik gebruik een 4-laags PCB met 1 oz koper aan de boven- en onderkant en 0,5 oz koper voor de binnenlagen.

27
Misschien kijk je hier op de verkeerde manier naar? Waarom maakt u geen gebruik van een P-kanaal apparaat met een lagere on-resistance, zoals dit apparaat: fairchildsemi.com/pf/FQ/FQPF47P06.html . Of gebruik nog beter een N-kanaals apparaat (als u het als laadschakelaar gebruikt, gebruikt u een laadpompstuurprogramma om het hek in te schakelen.)
toegevoegd de auteur EHN, de bron

4 antwoord

Helaas is er geen eenvoudig antwoord op uw vraag. Er zijn te veel variabelen in het probleem voor iedereen die elke mogelijke configuratie heeft gemeten of gekarakteriseerd: dikte van de FR4, aantal koperen vlaklagen, aantal via's tussen de vlakke lagen, de hoeveelheid luchtstroming over de printplaat en de inlaatluchttemperatuur , de thermische bijdrage van andere nabijgelegen onderdelen, enz., enz.

Er zijn standaard testmethoden, maar deze zijn nauwelijks relevant voor een echte situatie, vooral omdat ze alleen maar kale FR4 gebruiken zonder koperlagen als het warmteverspreidende element. Verschillende leveranciers hebben ook waarden voor bepaalde configuraties gepubliceerd. Het gegevensblad dat u hebt gekoppeld, verwijst bijvoorbeeld naar IRF's AN-994 , waar ze thermische weerstandswaarden geven voor verschillende pakketten die door dat bedrijf worden aangeboden. Maar merk op dat hun standaard testconditie 2 oz gebruikt. koper op de buitenste lagen.

Lineaire technologie is een ander bedrijf dat informatieve thermische resultaten publiceert. Als u een van hun onderdelen in hetzelfde pakket als uw FET kunt vinden en de datasheet kunt controleren, geven ze waarschijnlijk een tabel met thermische weerstand voor hitteverspreiders van verschillende grootte op de bovenste en onderste lagen.

Voor hun DDPAK-pakket, dat niet helemaal hetzelfde is als de DPAK van uw IRF-onderdeel, geven ze bijvoorbeeld:

Linear DDPAK thermal values

(Uit de datasheet van LT1965, zie daar voor meer informatie over de testvoorwaarden)

Je ziet in elk geval dat het een beetje een uitdaging is om tot minder dan 29 C/W te komen. De enige testcondities in de Lineaire resultaten bereikten dat 4 vierkante inch koper op zowel de bovenste als de onderste laag vereist was.

Maar nogmaals, u kunt alleen op deze cijfers rekenen als richtlijnen, omdat factoren zoals luchtstroom de daadwerkelijke resultaten in uw toepassing sterk zullen beïnvloeden.

14
toegevoegd

Stel voor dat u naar SMT-warmteafvoeren kijkt (bijvoorbeeld deze voor DPAK-apparaten van Aavid ), omdat deze aan uw specificaties zullen voldoen ( met voldoende luchtstroming/convectie, natuurlijk).

As for PCB copper area alone, you can check appnotes like this one from Fairchild, but I suspect from skimming it that the required area is fairly large (>1 square inch) which is probably not a good guarantee of heat sinking.

8
toegevoegd

Robert Kollman geeft een paar pagina's aan dit onderwerp in Constructie van uw stroomvoorziening- Overwegingen bij de lay-out in hoofdstuk V - Thermische overwegingen.

Ik heb dit nooit alleen gedaan, maar ik herinnerde me dit artikel. Hij geeft enkele voorbeelden, dus ik denk dat je dit waarschijnlijk naar je zaak zou kunnen overbrengen.

2
toegevoegd

Here is an interesting article that suggests using 4 layers and vias under the device: AN10874 - LFPAK MOSFET thermal design guide - Application note

2
toegevoegd
Dit document is nu beschikbaar op een ander adres: assets.nexperia.com/documents/application- note/AN10874.pdf
toegevoegd de auteur A.Schulz, de bron