Presentazione impedenza termica e modello RC

Complemen( di COSTRUZIONI ELETTRONICHE III anno della Laurea in Ingegneria Ele>ronica A.A. 2014/15 Transitorio termico Federico Baron( Mo(vazioni •  In molte applicazioni la potenza dissipata da un componente ele1ronico non può essere considerata costante. Un esempio sono i conver7tori switching. –  Dimensionare con il valore massimo della potenza dissipata può portare a un sovradimensionamento del dissipatore –  Dimensionare con il valore medio della potenza massima può portare a so1os7mare “pericolosamente” la massima temperatura di giunzione Parameter
Conditions
Min
Typ
see Figure 4
-
-
-
60
Impedenza termica (1) thermal resistance from junction to
mounting base
thermal resistance from junction to ambient vertical in still air
Tj − Tmb
Z th(j-mb) =
P
Tj temp. massima in un periodo, quando si è
raggiunta la condizione di regime periodico
03af48
1
Zth(j-mb)
(K/W)
δ = 0.5
0.2
10−1
0.1
0.05
0.02
P
10−2
δ=
tp
T
single pulse
tp
10−3
10−6
10−5
10−4
PSMN005-75P, datasheet
10−3
10−2
10−1
t
T
1
tp (s)
10
Impedenza termica (2) •  O>enuta sperimentalmente •  Può essere normalizzata rispe>o alla corrispondente resistenza termica •  Adeguata per prevedere comportamento termico in caso di singolo impulso o impulsi periodici con duty cycle noto •  In generale, non u(lizzabile per un andamento generico nel tempo della potenza dissipata •  Modello termico RC (u(lizzabile all’interno di un simulatore ele>rico come SPICE) from junction to ambient, e.g. upward through the case,
outward through the leads into the board, and downward
through the air gap and thus directly to ambient on the back
side of the board. When the heat flow is believed or known
to flow along multiple parallel paths, it clearly would be
to model
the system with an
more
network.
• AND8220/D
Due better
(piche configurazioni ote complex
come: Likewise, one would not expect to find a nodal correlation
–  “Tank” o “Cauer circuit with physical
locations
if the network was willfully chosen
R1
R2
R3
Rn
idual pulses
as Junction
a simple ladder,
when
multiple
significant parallel
paths
e duty cycle
were present.) Only in the case where a single path to ground
ulate peak
dominates C
heavily,
a simple linearCnresistor
C2wouldCsuch
1
3
or the pulse,
topology be expected to yield good correlations at the
Ambient
intermediate nodes. Nevertheless, the point
is ground)
that there
(thermal
duty−cycle
could be
such
a correlation.
– 
“Filter” o
F
oster circuit ations where
Figure 7. Grounded Capacitor Thermal Network
t” curve for
(“Cauer”
R1
R2
RLadder)
Rn
Junction
3
ation. This
state value.
C1
C2
C3
Cn
board, for
junction
curves may
Ambient
ow short the
fast1
(thermal ground)
s, it may be
Modello termico RC (1) curve
terms
be int
each
produ
with
Comp
Ladd
Cle
repre
order
the sc
and s
respo
of the
pair),
node
contr
mathe
time
time
Modello termico RC (2) •  “Tank” circuit può essere messo in relazione con il trasferimento del calore all’interno del componente. I nodi intermedi della rete possono modellare diversi stra( del componen( (Non (ene comunque conto di percorsi mul(pli) •  “Filter” circuit non ha un significato fisico, ma è molto semplice da analizzare Modello termico RC (3) •  I parametri dei due circui( sono o>enu( con tecniche di “curve-­‐fi_ng” usando i da( sperimentali rela(vi a una potenza dissipata impulsiva e periodica. •  Entrambi i circui( possono essere simula( con SPICE •  Il “Filter” circuit è in grado di prevedere accuratamente solo il salto termico tra temperatura di giunzione e ambiente. *
Esempio: BUK7Y7R6-­‐40E (1) τ (s) 8.02E-­‐08 9.87E-­‐07 8.69E-­‐06 1.00E-­‐04 7.00E-­‐04 8.59E-­‐03 1.12E-­‐02 *www.nxp.com
Tj – Tmb (mK)
Esempio: BUK7Y7R6-­‐40E (2) Tempo (s)