[参考译文] CSD17573Q5B：如何在高功率直流/直流设计中冷却 MOSFET？

您好、Ravid、
感谢您提出问题并关注 TI MOSFET。 首先、让我向您介绍以下博客： e2e.ti.com/.../understanding-mosfet-data-sheets-part-6-thermal-impedance。 接下来、让我们回顾一下功率损耗计算。 对于 PoUT = 160W @ 94.5%效率：引脚= Pout/eff = 160W/0.945 = 169.3W、而 PDI =引脚- PoUT = 169.3W - 160W = 9.3W。 比您的计算高出0.5W。 我有几个问题：(1)如何估算 FET 中的功率损耗、(2)在哪里测量的 FET 温度为77摄氏度？ TI 通常测量封装底部漏极焊盘上的外壳温度。 客户通常会在非常靠近器件的 PCB 上或使用 IR 摄像头或热电偶在外壳顶部进行测量。 根据测量温度的位置、您可以计算结温为 Tj = Tcase + Pdis x Rtheta (j-c)。 使用数据表中的0.8degC/W 值(到外壳底部)、我计算出您的应用中的 Tj 为77degC + 3.2W (0.8W/degC)= 79.6degC。 大部分热量通过封装背面的大焊盘散发。 因此、如果您测量外壳顶部的温度、结温仍将比外壳高几度。 例如、如果我估计80%的功耗通过底部、则通过外壳顶部的热量为0.2 x 3.2W = 0.64W。 通过外壳顶部的典型热阻抗为~15摄氏度/瓦 然后 Tj = 77°C + 0.64W (15°C/W)= 86.6°C。

在 CSD17573Q5B 数据表中、TI 根据25°C 的环境温度和40°C/W 的典型 Rtheta (j-a)规格将最大功率耗散限制为3.2W 这将得出大约150摄氏度的最大 Tj。

您可以最大限度地扩大 FET 内部和周围的铜面积、并在大型焊盘中使用散热过孔将热量散发到内层。 请访问此页面以获取更多有用的提示： www.ti.com/.../midlevel.tsp

最后、大多数客户会根据其可靠性要求将最大 Tj (150摄氏度)降低10 - 40摄氏度。 这相当于最大工作 Tj 为110摄氏度至140摄氏度。 我看到的典型工作结温范围为115摄氏度至125摄氏度。

你(们)好

感谢您的快速响应！

我认为我在预览消息中没有很好地解释自己。 我的意思是引脚为160W、Pout 为151.2W、因此效率为94.5%、但非常接近您的计算。

我在高侧 MOSFET 的顶部外壳上测量了77c (比低侧 MOSFET 高大约10c)。

以下是我对直流/直流转换器的要求：

输入电压- 17.5V

输入电流-高达9.5A

输出电压- 9.5V

输出电流-高达16A

SW 频率- 500kHz (最小475Khz、最大525Khz)

输出电感器- 10uH

CSD17573Q5B 用于高侧和低侧

BTW I 无法更改 SW 频率。

谢谢！

您好、Ravid、
对于此设计、您选择了我们的低 RDS (on)和高侧和低侧栅极电荷 FET 之一。 虽然这将最大程度地减少导通损耗、但也会增加高侧 FET 中的开关损耗和两个 FET 的栅极驱动损耗。 我一直使用我们的在线工具(www.ti.com/.../fetpwrcalc) 来估算功率损耗、CSD17573Q5B 由于开关损耗过大、因此不是高侧 FET 的最佳选择。 我可以推荐替代器件、这些器件将降低 FET 的总体功率损耗、并且很可能有助于降低高侧 FET 的温度。 您能否提供栅极驱动电压(我假设为5V)以及您使用什么 IC 来驱动 FET？ 如果您无法共享 IC 器件型号、请为高侧和低侧驱动提供上拉/下拉驱动器电阻。

你(们)好
栅极驱动电压为5V。
两个 MOSFET 的上拉导通电阻为2 Ω、下拉电阻为0.5 Ω。
谢谢

您好、Ravid、
我使用了在线 FET 损耗计算器并输入了您的设计要求。 对于低侧和高侧的 CSD17573Q5B、高侧的估算功耗约为4.5W (难怪会变得很热！) 低侧约为0.5W。 我在高侧尝试了许多不同的选项、最佳选项(最低功率损耗)是 CSD17303Q5。 我还尝试了几种不同的低侧器件、最佳选择是 CSD18512Q5B。 这一组合为我提供了 FET 的最低总体估算功率损耗：2.5W 高侧和0.5W 低侧。 基于1k 的定价、这是一种比您在高侧和低侧使用的原始 FET 成本更高的解决方案。 不过、我认为我们可以在低侧折衷一些额外的功率损耗、从而实现更低的成本、更高的 RDS (on) FET。 以下是我建议使用的 FET (降低性能和成本)：

高侧：CSD17303Q5、CSD17305Q5A、CSD17306Q5A
低侧：CSD18512Q5B、CSD17573Q5B、CSD17576Q5A、CSD17577Q5A

基于1k 定价的最低成本选择是 CSD17306Q5A (2.67W)和 CSD17577Q5A (0.84W)。 请注意、Q5、Q5A 和 Q5B 封装之间略有差异。 您需要查看数据表中的封装信息、以确保您选择的封装与现有布局兼容。 为了在实验室中进行测试、您应该能够将任何封装置于现有的封装中。 如果您有任何疑问或需要任何其他信息、请查看并告知我

我在上一个回复中的器件型号不正确。 应为 CSD17376Q5B。

抱歉、CSD17576Q5B。

好的、很好、我将尝试使用您推荐的 MOSFET。
感谢您的支持！