ElectroYou

Ciao a tutti,

ho una domanda per voi banale ma non per me.

Ho un mosfet operante come interruttore ON/OFF che attiva un carico il cui assorbimento massimo è di 3A.

Il mosfet è posizionato in un ambiente molto caldo la cui temperatura si aggira intorno agli 80°C.
A questo punto il dubbio è il seguente:

se operassi a temperatura ambiente di 20°C il dissipatore mi permetterebbe di raffreddare il dispositivo e aumentare la potenza dissipabile, ma operando ad 80° pur riducendo la resistenza termica del dissipatore, il mosfet lavorerebbe sempre e comunque a 80°C? Non potrò lavorare a temperature inferiore (in tal caso avrei bisogno di una ventole). Però il dissipatore mi permette di aumentare la potenza dissipabile in quanto
Tj-Tamb=Pd*Rt

E' giusto il ragionamento? Non riesco a capire.

Edge

la temperatura operativa a meno di raffreddamenti ATTIVI (ad esempio cella di peltier) sarà sempre superiore a quella ambiente

comunque se hai preso un mosfet buono con resistenza di canale dell'ordine delle decine mi mOhm la potenza dissipata è trascurabile (controlla per sicurezza! )e puoi pure fare a meno di dissiparlo, sempre se non sei in applicazioni ad alta frequenza di switching

la temperatura operativa a meno di raffreddamenti ATTIVI (ad esempio cella di peltier) sarà sempre superiore a quella ambiente

Quindi, se non dico fesserie, supponiamo di prendere un Mosfet tipo IRF9540 (che è quello che vorrei usare) dal cui datasheet ho che:

Tjmax = 175°C
Ri(j-a) = 62°C/W

Potenza massima dissipabile con 3A = Rdson*Id^2 = 0,117*3^2 = 1,1W. Supponiamo di metterci in un caso peggiorativo e di arrivare a 2W massimo.

La massima temperatura di giunzione sarà quindi (se fossi a temperatura ambiente di 25°C):

Tj-25 = 2*62 , quindi Tj = 149°C (GIUSTO??) e quindi se operassi a 80° senza dissipatore la mia massima potenza dissipabile sarebbe 175-80 = Pd * 62, ovvero Pd = 1,53W (GIUSTO??) che è inferiore ai 2W previsti.


Quindi, se quello che ho scritto non sono fesserie, io ho sempre, come hai detto tu, una temperatura di giunzione superiore a quella ambiente. Infatti, se riprendo la formula Tj-Ta = Pd*Rt(j-a) e come Ta metto 80° avrò che Tj - 80 = 2*62 , ovvero Tj = 204°C che è un calcolo ASSURDO perché secondo quanto scritto prima non posso dissipare 2W ad 80° ma mi serve un dissipatore.

E' tutto giusto ??? Se potete aiutarmi voi esperti che mi sto perdendo in un bicchier d'acqua...

io di solito preferisco vedere la formula dalla parte di:

Vj = Vamb + Rth*Pdiss (scusate se non uso latex ma non ho ancora avuto tempo di guardare come funziona il codice !)

quindi 80 + 62*1.1 = 148 °C

ora conta che l'ambiente è 80 gradi, localmente sulla scheda puoi avere temperatura ben maggiori
la performance della Rdson = 117mOhm è valida solo a 25°C , alle temperature in uso è più del doppio

inoltre la Rdson è quella se riesci a dargli un pilotaggio in gate di almeno -10 volt

in sostanza io ti suggerirei di prendere un dissipatore tale per cui la resistenza termica del tuo mosfet stia sotto i 15 / 20 °C/W; oppure prendere un mosfet con una Rdson minore di 25 mOhm e temepratura di giunzione sopportata di almeno 150°C

Ok, inizio a capire.

Quindi, se ho una temperatura ambiente di 80°C, io al massimo riesco a raffreddare il mosfet fino a 80°C ma non di meno in quanto l'ambiente rimane costantemente a quella temperatura.

Quindi riepilogando, Tj ovvvero la temperatura di giunzione sarà data dalla temperatura ambiente più il termine Rt*Pd che identifica il calore dissipato per effetto joule dovut alla resistenza termica del componente.
Vedendola quindi nell'ottica (come hai scritto te) : Tj = Ta + Pd*Rt , avrò che, pur azzerando (IDEALMENTE) la resistenza termica non riuscirò mai a lavorare a temperature inferiori ad 80°C !! (salvo eventuale smaltimento di calore dovuti a sistemi di raffreddamento esterni). Io STUPIDAMENTE invece mi perdevo perché pensavo di riuscire con un adeguato dissipatore a far lavorare il mosfet a temperature inferiori a 80°C.
Invece non è così perché minimo (se Rt=0) potrei farlo lavorare a 80°C.

Se la temperatura ambiente, per assurdo, fosse pari a Tj = 175° non riuscirei quindi a smaltire più nulla!

Se non ho detto porcate allora ho capito.

Tu poi giustamente hai detto o di utilizzare un dissipatore sotto i 15-20 °C/W, oppure di utilizzare un Mosfet con Rdson inferiore. E anche qui ho capito!

Mi permetto di intromettermi...
Dico una cosa che forse ti toglierà l'acqua dal bicchiere o forse no... partendo dal presupposto che la dissipazione di calore avviene solo se esiste scambio termico tra i corpi in questione, e quindi solo se esiste una differenza di temperatura.... immagina il tuo ambiente infinitamente grande e con variazioni di temperatura pressochè nulle ad ogni istante di tempo, quindi a temperatura costante, o per meglio approssimare la realtà diciamo lentamente variabile, senza troppe formule si arriva a logica a dire che tutto quello che si trova dentro l'ambiente sarà appunto alla stessa temperatura.
Siccome il tuo componente, come si dice... "scalda", la sua temperatura è più elevata di quella ambiente, di quanto? dipende... ma non è qui che voglio insistere, troppo "microscopico" e in parte ne avete discusso prima voi. Ordunque, il sunto è che tutto gira attorno allo scambio termico che riesci ad avere... da li poi parti a fare i conti. Spero di non aver fatto confusione, non ho usato formule apposta per i motivi detti sopra e perché volevo solo dare una impostata al "problema" più "pensatoria" che "calcolatoria"...
Ciao, Luca.