Расчет теплового сопротивления МОП-транзистора

_{Я просто сосредоточился на объяснении некоторых вещей, потому что, когда вы их поймете, другие ваши вопросы, скорее всего, станут неуместными.}

• Тепловое сопротивление перехода к корпусу показывает, насколько нагреется переход по сравнению с температурой корпуса. Если она имеет значение 30°С на ватт, а устройство рассеивает 2 Вт мощности, то температура перехода будет на 60°С выше температуры корпуса.

• Эта цифра является основным итогом, и все, на что мы можем надеяться, это предотвратить слишком сильное нагревание корпуса, что приведет к выходу внутреннего перехода за пределы заявленных пределов. Итак, мы используем радиаторы, прикрепленные к корпусу, чтобы корпус не сильно нагревался.

• Но есть еще один параллельный путь для передачи тепла, и это напрямую к окружающей среде - это тепловое сопротивление перехода-окружающей среды, которое обычно намного выше, чем тепловое сопротивление перехода-корпуса. Но это параллельный путь, поэтому любая мелочь помогает.

• Также имейте в виду, что корпус и локальная температура на устройстве будут повышаться по мере отвода тепла от устройства, поэтому вы не можете предположить, что локальная температура остается стабильной при внешней температуре любого контейнера для устройства (я думаю, что печатная плата вложение здесь).

Можно ли узнать, какие экстремальные условия испытаний использовались для измерения термических сопротивлений в таблице данных?

Термическое сопротивление, указанное в техническом описании полевого МОП-транзистора, часто проверяется в соответствии со стандартами испытаний JEDEC (такими как JESD24-3 или аналогичные). Конкретный стандарт или тестовая установка часто указывается в примечании к техническому описанию.
https://www.jedec.org/standards-documents/docs/jesd-24-3

Типичная тестовая установка будет иметь печатную плату с термопрокладкой 1 x 1 дюйм, прикрепленную к дренажному выступу MOSFET, и только естественную конвекцию. Типичное тепловое сопротивление перехода к окружающей среде для такой установки часто составляет около 40°C/Вт.

Как они находят эти значения теплового сопротивления Rthjc?

Обычно вы измеряете его, подавая известное количество энергии на устройство, а затем используя пару термопар для измерения разницы температур.

На рисунке ниже сливной язычок прикреплен к очень большому радиатору, а тепловое сопротивление очень низкое. Выводы устройства присоединены к тонким проводам, и тепловое сопротивление очень велико. В устройство подается питание. Измеряют ток и напряжение. Термопары припаяны к сливному язычку и одному из выводов прибора.

В этой конфигурации почти все тепло уходит через сливной патрубок, и почти не уходит от выводов устройства. Поскольку теплоотвод от выводов очень мал, их температура будет приблизительно равна температуре перехода устройства. Разница между двумя измерениями термопары дает близкое приближение к разнице температур между спаем и выводом. А так как мощность также измеряется, мы находим тепловое сопротивление переход-вывод, взяв отношение этих двух величин.

Я лично использовал этот метод, и он довольно хорошо согласуется с тем, что указано в технических описаниях устройств.

В отличие от теплового сопротивления переход-корпус, тепловое сопротивление корпуса-окружающей среды будет зависеть от вашей точной настройки. Он будет меняться в зависимости от размера печатной платы, ее толщины, количества меди в ней, горизонтального или вертикального расположения платы, размещения платы в корпусе и т. д.

Если у вас есть инструменты, один из способов оценить это — использовать тепловую модель в программе моделирования.

В какой-то степени вам, вероятно, придется полагаться на свой опыт, чтобы построить прототип, который поможет вам приблизиться, а затем измерить его.