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08/03/2012 #1

Avatar de eL1ct

Conceptos de la disipacion y los encapsulados
Hola:

Debido a mis escasos conocimientos en calculos termicos y de disipacion, he iniciado este tema, por que, por mucho que busque en la red, no encuento nada que aclare mis dudas.

La cuestion es que mirando unos cuantos datasheet, me surgieron unas dudas al interpretar los limites de potencia, tanto los limetes en amperios, la disipacion...

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Mi primera duda surge, cuando veo que aunque la corriente maxima de pulso del MOSFET (por ejemplo IRF3205) este por encima de la corriente continua que puede disipar, se sigue marcando otro limite conocido como "Package Limited"; como se puede ver en esta grafica:


Entonces, mi pregunta es; que significa eso de "package limited", y que representa?
(supongo que tradudo seria algo asi como: limitado por el encapsulado)

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Otra duda, y esta es mas concreta (me gustaria que me confirmaran): "thermal Response(ZthJC)" seria la impedancia termica del silicio al encapsulado, correcto? Y fijandome en la siguiente grafica, supongo que cuando menor es el ciclo de trabajo (siempre y cuando el pulso no supere ciertos tiempos, que especifica en la grafica) entonces, es menor la impedancia termica, correcto?


Y como se puede observar la impedancia llega a su valor resisrivo en tiempos altos, la qual es de Rjc=0.75ºC/W

Entonces se puede decir que el modelo termico tambien dota de "condensadores termicos" y no solo de "resistencias termicas" para crear una impedancia termica?

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Lo siguiente es de un diodo; nos da la grafica de la potencia disipada en funcion a la media de la corriente y el "duty factor"...
Entiendo que cuanto menor sea el duty factor, los picos seran de mas corriente, y en estos picos la tension del diodo (Vf) sera mayor, reduciendo la eficacia, y aumentando la potencia disipada.
Pero no se por que limita con esa linea descontinua, segun dice;I(FMS) 600A @ td=10ms. Entonces si no me equivoco, a 20A con un d=0.08 tendriamos "picos" de 250A; algo que puede soportar, no? Y si a esto sumamos, como hemos visto en la anterior grafica, que la impedancia termica disminuye cuando el "duty factor" tambien lo hace, entinces para ciertas frecuencias, la capacidad de disipacion aumentaria, cierto?



Gracias de antemano, y un saludo.
17/03/2012 #2

Avatar de eL1ct

Ya que nadie ha respondido todavia, y para que el tema no quede solo en esto...
Algo sobre mosfets (esta en ingles, pero creo que es interesante):
http://www.irf.com/technical-info/appnotes/mosfet.pdf

un saludo.
16/05/2013 #3

Avatar de eL1ct

Al fin encontre algo sobre el "Package limited" tambien esta en ingles:
http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-9757.pdf
12/05/2014 #4

Avatar de eL1ct

No se si infringo alguna norma posteando aqui despues de tanto tiempo, pero me gustaria que hubiera mas aportacines al tema, asi que:

Explico que el limiete que mencionaba en mi primera duda, parece ser que se debe a los "bond wires" o el "lead frame" siendo los "bond wires" estos cablecitos que conectan los pines del enapsulado con el chip, y parece ser que se pueden fundir como fusibles:
http://www.semlab.com/example19.html

Tambien me gustaria compartir unos calculos termicos que hice para un proyecto que consistia en calcular la capacidad termica de un encapsulado TO-220-3 si la capacidad termica del aluminio es de 385J/(Kg·ºK) y el "lead frame" es de 1,49g de cobre: 1,49 x 385mJ/(g·ºC) = 573,65mJ/ºC si no me equivoco, esta seria la enrgia que necesitariamos para subir en un grado la temperatura del encapsulado del transistor, aun asi tener en cuenta que entre el chip y el "leadframe" hay una resistencia termica Rjc.

En la imagen que adjunto (es de un TO-252) tambien tiene en cuenta la capacidad termica del silicio.

PD: esto ultimo fue posteado en este tema, pero lo he copiado aqui, ya que creo que tiene mas sentido que este aqui.
12/05/2014 #5
Moderador

Avatar de Chico3001

Ni cuenta me habia dado que existia este tema...

El calor y su discipacion se puede ver como un arreglo de resistencias en serie...


Primeramente tienes Tj que es el chip de silicio, y que se calienta por el puro hecho de estar conectado y funcionando, usualmente la temperatura maxima que puede alcanzar es de 125°C a 150°C, y muchos chips tienen sensores internos que detectan si se alcanza esta temperatura, y en su caso apagan el chip

De alli el calor se transfiere al encapsulado Tc atravez de una resistencia termica que se forma entre el chip y el encapsulado RJC, entre menor resistencia exista mas eficiente es la transferencia de energia y mas calor estas sacando del chip, desafortunadamente esta resistencia no la puedes controlar ya que depende de las caracteristicas de fabricacion del chip y de su encapsulado, el fabricante siempre la da en su datasheet, y es importante que sepas que es diferente para diferentes encapsulados... algunas veces es mas eficiente buscar un chip de montaje de superficie y otras veces es mas eficiente buscar uno tradicional tipo DIP o transistor

Posteriormente tienes una nueva resistencia formada entre el encapsulado y el disipador , esta si la puedes controlar tu y depende de muchos factores, sobretodo de la calidad de la grasa y el grosor de la mica usada (si existiera) entre el chip y el disipador

Finalmente se encuentra la resistencia entre el disipador y el ambiente, esta se ve afectada por parametros como tipo de discipador, material, tamaño, si hay ventilador o no, si existe un buen flujo de aire... etc...
22/07/2015 #6

Avatar de eL1ct

Se que no es bueno intentar revivir a los muertos, pero al menos quiero dejar el tema con algo de sustancia. Ya que, esto de la potencia y disipacion me parecen interesantes y creo que es bastante escasa la informacion acerca de esto.

Respondiendo a la ultima duda que tuve acerca del diodo hace mas de tres años, y esperando que si a alguien le surge la misma duda, y asi esto pueda ayudar:
Creo que el limite de temperatura es menor, ya que aunque la media de temperatura se mantenga dentro de los limites, los picos de temperatura pueden superar los maximos dependiendo de la temperatura inicial del encapsulado.

Para explicarme mejor he simulado un modelo termico sacando datos del siguiente datasheet:
https://www.fairchildsemi.com/datash...P047AN08A0.pdf
Lo que me lleva a otra duda: a que se refiere exactamente cuando dice que: "Transconductance may limit current in this region" (figura 4)...?

Las potencias me las he inventado un poco, pero este seria el resultado:

El azul representa la temperatura de la union calculado con el modelo de impedancia termica, y el rojo seria calculando con la resistencia termica, que esta solo para representar la diferencia que supone calcular de un modo u otro.

Se ha simulado con un disipador ideal que mantiene la temperatura del encapsulado a 25ºC
Pmedia=30W, duty=10%, 25Hz

Se supone que estas subidas son la temperatura en la union del semiconductor, es decir, esto no se puede medir (segun entiendo se trata de una estimacion). Por lo tanto, estos picos no los notariamos desde fuera del transistor. Es decir se podria quemar el semiconductor, aunque el encapsulado este a 25ºC y estemos disipando como media 100W (y en el datasheet diga que puede disipar 310W @ tc=25ºC)

Y aunque una potencia disipada de 30W (la media que tenemos) en continua deveria llevar como maximo a un aumento de temperatura de 14.4ºC (+tc para calcular la temperatura union). En esta simulacion, en cada pico la temperatura aumenta en 66ºC (pese a que el aumento de temperatura medio es de 11ºC).


PD: Tambien quiero aprovechar para pioner un vinculo a otro tema, ya que, al responder a ese me acorde de este:
Impedancia termica transitoria MOSFET
Imágenes Adjuntas
Tipo de Archivo: png Junction_Temperature.png (18,3 KB (Kilobytes), 21 visitas)
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