Was schränkt Leistungsdichte ein: thermische Leistung

Auch die thermische Leistung bzw. das Wärmeverhalten des Systems wirkt sich stark auf die generelle Leistungsdichte aus. Je besser das Gehäuse Wärme abgibt, desto mehr Leistungsverluste können normalerweise toleriert werden, ohne dass starke Temperaturanstiege zu beobachten sind. Diese Faktoren werden üblicherweise zusammen mit sorgfältigen Schätzungen der Anwendungsbedingungen in Datenblattparametern wie dem Wärmewiderstand Kontaktstelle-Umgebung (R_ӨJA) erfasst. Weitere Informationen zu üblichen Wärmeimpedanzwerten in MOSFET-Datenblättern sind dem Video zu entnehmen: MOSFET-Datenblätter verstehen:Wärmeimpedanz

Das Ziel bei der thermischen Optimierung eines Gehäuses und einer Leiterplatte (PCB) besteht darin, den Temperaturanstieg bei vorhandener Verlustleistung des Leistungswandlers zu verringern. Im Zuge der Fortschritte bei Miniaturisierung und Kostensenkung verringert sich der Platzbedarf von Wandler, Leistungsschalter und Gate-Treiber. Dadurch wurde die thermische Auslegung auf Systemebene zunehmend schwieriger, da sich die kleineren Silizium- und Gehäusegrößen, wie in Abbildung 6 beschrieben, normalerweise nachteilig auf das Wärmeverhalten auswirken. Mit immer kleiner werdendem Die-Bereich verschlechtert sich der zugehörige Wärmewiderstand Kontaktstelle-Umgebung (R_ӨJA) exponentiell.

Abbildung 6 Gehäuse R_ӨJA vs. Die-Bereich.

In dieser Abbildung ist deutlich zu erkennen, dass sich das erwartete Wärmeverhalten durch die Verbesserung von Gehäusegröße, Die-Bereich und Gesamt-Leistungsdichte rapide verschlechtert, sofern Innovationen bei der Verbesserung des Wärmeverhaltens des Gehäuses (mehr Wärme abgeben) und der Verringerung von Leistungsverlusten (weniger Wärme erzeugen) keine Priorität erhalten.