Estou planejando usar o IRFR5305PBF Power MOSFET (http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfr5305pbf.pdf) para ativar uma carga. Eu determinei que preciso de um dissipador de calor externo com Rthsa <29 C / W.
Como determinaria a área de cobre no PCB necessária para fornecer uma resistência térmica <29 C / W?
Tentei pesquisar no Google e no banco de dados IEEE, mas os artigos não mostram claramente como calcular isso.
editar: eu estou usando um PCB de 4 camadas com 1 oz de cobre na parte superior e inferior e 0,5 oz de cobre para as camadas internas.
Respostas:
Infelizmente, não há uma resposta simples para sua pergunta. Existem muitas variáveis no problema para alguém ter medido ou caracterizado todas as configurações possíveis: espessura do FR4, número de camadas planas de cobre, número de vias entre as camadas planas, quantidade de fluxo de ar sobre a placa e temperatura do ar de entrada , a contribuição térmica de outras partes próximas etc., etc.
Existem métodos de teste padrão, mas eles dificilmente são relevantes para qualquer situação real, principalmente porque eles usam apenas o FR4 sem camada de cobre como elemento de propagação de calor. Vários fornecedores também publicaram valores para determinadas configurações. A folha de dados que você vinculou, por exemplo, refere-se ao AN-994 da IRF , onde eles fornecem valores de resistência térmica para vários pacotes oferecidos por essa empresa. Mas observe que sua condição de teste padrão usa 2 oz. cobre nas camadas externas.
A tecnologia linear é outra empresa que publica resultados térmicos informativos. Se você encontrar uma de suas peças na mesma embalagem que o seu FET e verificar a folha de dados, elas provavelmente fornecerão uma tabela de resistência térmica para espalhadores de calor de vários tamanhos nas camadas superior e inferior.
Por exemplo, para o pacote DDPAK, que não é exatamente o mesmo que o DPAK da sua parte do IRF, eles fornecem:
(Na folha de dados do LT1965, consulte para obter mais detalhes sobre as condições de teste)
Pelo menos você pode ver que chegar a menos de 29 C / W é um pouco desafiador. As únicas condições de teste nos resultados lineares que alcançaram isso exigiram 4 polegadas quadradas de cobre nas camadas superior e inferior.
Mas, novamente, você só pode contar com esses números como diretrizes, porque fatores como o fluxo de ar influenciarão fortemente os resultados reais em sua aplicação.
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Sugira que você observe os dissipadores de calor SMT (por exemplo, este para dispositivos DPAK da Aavid ), pois eles atenderão às suas especificações (é claro, com fluxo de ar / convecção adequado).
Quanto à área de cobre de PCB sozinha, você pode verificar as anotações como esta da Fairchild , mas eu suspeito que a área necessária seja bastante grande (> 1 polegada quadrada), o que provavelmente não é uma boa garantia de dissipação de calor.
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Robert Kollman fornece algumas páginas para esse assunto em Construindo suas considerações sobre o layout da fonte de alimentação na seção V - Considerações térmicas.
Eu nunca fiz isso sozinho, mas lembrei-me deste artigo. Ele fornece alguns exemplos, então acho que você provavelmente poderia transferir isso para o seu caso.
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Aqui está um artigo interessante que sugere o uso de 4 camadas e vias sob o dispositivo: AN10874 - Guia de design térmico do LFPAK MOSFET - Nota de aplicação
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