Эффективное охлаждение MOSFET

Чтобы прямо ответить на ваш первый вопрос: нет, даже не близко. Немного больше меди вокруг детали для поверхностного монтажа не избавит от 11 Вт тепла. Ни за что.

Одним из ответов может быть параллельная работа нескольких полевых транзисторов. Это не только сокращает общее рассеивание на количество частей, но и рассеивание на каждом полевом транзисторе уменьшается на квадрат числа частей. Таким образом, если один полевой транзистор рассеивает 10 Вт, то два параллельных полевых транзистора будут рассеивать всего 5 Вт, а каждый полевой транзистор будет рассеивать только 2,5 Вт.

Это в теории. На практике они не будут распределять нагрузку точно поровну, поэтому вам придется проектировать немного хуже, чем для каждого полевого транзистора. Преимущество параллельных полевых транзисторов в том, что они имеют положительный температурный коэффициент. Rdson повышается с температурой. Это помогает им немного сбалансироваться и предотвращает выход из строя одной детали, как это может быть в случае с биполярными транзисторами.

В конце концов, вы должны решить, чего вы действительно хотите. Переключение на 40А приведет к некоторому нагреву. Так или иначе, вам придется с этим смириться. Вы можете сколько угодно говорить нам, что вы ограничены пространством, но в конечном итоге физика будет диктовать определенное пространство, площадь поверхности, принудительное охлаждение или что-то еще. Соблюдение всех ограничений может оказаться невозможным. Возможны не все комбинации малого размера, большой силы тока и низкой стоимости.

Просто чтобы дать вам представление: зеленая плата в середине первого изображения — это драйвер BLDC, который я сделал около 2 лет назад. Полевые транзисторы D2PAK - это PSMN4R3-30BL, при работе с фиктивной нагрузкой около 50A pp на обмотку (второе изображение) они не сильно нагреваются, может быть, 45-50C. Но это 6 полевых транзисторов, а не один, и Rdson ниже, плюс я использую провода в качестве радиаторов - посмотрите, можете ли вы использовать шасси или сам двигатель, если он не сильно нагревается во время работы.

Если вы хотите увидеть осциллограммы, посмотрите это видео -> https://www.youtube.com/watch?v=n16nrkDgMSA .

Использование переходных отверстий для улучшения теплового сопротивления является допустимым подходом для полевых МОП-транзисторов и многослойных печатных плат. Однако без сложных инструментов моделирования, таких как Flotherm, трудно предсказать, какой температуры вы достигнете, не создавая и не тестируя схему.

11 Вт на устройстве звучит высоко, но опять же, если вы не превышаете вольт и ампер и можете поддерживать температуру перехода в пределах допустимых значений, все в порядке.

Вы можете рассмотреть полевые МОП-транзисторы параллельно, чтобы разделить нагрузку. $R_{DS(on)}$имеет положительный температурный коэффициент, поэтому нагрузка будет балансироваться между ними.

International Rectifier производит ряд полевых транзисторов DirectFET (ссылка в формате PDF), силовых полевых МОП-транзисторов с корпусами, лишь немного превышающими размер кремниевого кристалла:

Пакет позволяет интегрировать SMT, как DxPAK, а также тепловое разделение путей, как TO-220, при минимальном размере. Производительность R _DS(on) максимизируется за счет устранения сопротивления выводов, поэтому, учитывая тот же кремний, в первую очередь будет выделяться меньше тепла, которое необходимо отвести.

Есть несколько вариантов охлаждения, в зависимости от того, насколько плотна ваша интеграция. Некоторые из компромиссов будут заключаться между дополнительной работой по механическому проектированию, этапами сборки, количеством и стоимостью деталей, размером устройства и тепловыми характеристиками.

^{(из технического документа IRF DirectFET)}