Hallo,
Kurze Hintergrundinfo: Ich bin gerade dabei einen LED-Treiber zu designen. Ich verwende den MAX20078 und möchte diesen etwas "zweckentfremden". Das Eval-Board ist für 2 A ausgelegt, ich möchte den IC aber bis 18 A und 18 V nutzen.
Ich habe ausgerechnet, dass einer der Mosfets im Worst-Case ca. 2 W an Verlustleistung verbrät.
Das eigentliche Problem / die philosophische Frage: Ich habe ein Board entworfen mit ISZ0702NLSATMA1 als (High- und Low-Side-)MOSFET. Der ISZ0702NLSATMA1 ist ziemlich klein, soll aber bis zu 86 A können (bei entsprechender thermischer Anbindung).
Ich wundere mich etwas, da bei den MOSFETS das Drain-Pad gleichzeitig die Heat-Sink ist. Beim Low-Side MOSFET ist daher die Heat-Sink die Switch-Node, also der Teil, der sehr schnell hohe Spannungen schaltet. In allen Design-Regeln steht, dass diese Switch-Node möglichst klein gehalten werden soll. Gleichzeitig soll ich aber die Kupferfläche möglichst groß machen, damit die Wärme gut abgeführt werden kann. Außerdem kann ich nicht einfach Vias benutzen, weil die zweite Lage ja Ground sein sollte... Ich meine, selbst wenn ich unter der Switch-Node ein Polygon mit dem gleichen Netz vorsehen würde, wohin würde dann die Wärme "abfließen"? Die würde doch nur in die Platine gehen und dort bleiben. Sobald die Platine aufgeheizt ist, bringen mir die Vias in innenliegende Schichten nichts mehr. Wenn ich die Vias komplett durchgehend machen möchte, müsste ich auf allen Lagen das Polygon mit Switch-Node vorsehen(?) Das würde mir dann wieder meine schöne durchgehende Ground-Plane verhunzen.
Oder ich würde als zweite Lage Ground vorsehen und das Switch-Node Polygon an der gegenüberliegenden Seite der PCB (BOT) vorsehen. Halte ich für eine gute Idee, aber dann würde ich 48 V, 18 A mit 400 kHz mit steilen Flanken einmal komplett durch die Platine routen... das gibt doch eine schöne Antenne oder?
Beim derzeitigen Design habe ich bemerkt, dass die Wärme wohl nicht so gut in die Kupferfläche fließt. Während der MOSFET glühend heiß ist, fühlt sich die angrenzende Kupferfläche gerade mal handwarm an. Beim letzten Test ist mir der MOSFET kaputt gegangen.
Jetzt wäre meine erste Idee, einfach einen größeren MOSFET mit einem größeren Pad zu verwenden. Der RJ1L04BBGTL1 sieht vielversprechend aus.
Aber deshalb die philosophische/grundsätzliche Fragen: Die MOSFETs mit dem großen thermischen Pad und insgesamt kleinen Bauform (3mm x 3mm) scheinen "state-of-the-art" zu sein und häufig eingesetzt zu werden. Sehe ich es mit der Switch-Node zu kritisch und sollte sie einfach groß auslegen? Oder was ist da der Trick? Wie wird das gehandhabt?
Ich könnte auch ein TO-220 Gehäuse verwenden und das isoliert (mit Folie) auf einen größeren Kühlkörper schrauben. Dann freuen sich aber die Leute in der Produktion für die zusätzlichen Arbeitsschritte...