Parameter Thermal Power Mosfet 1/2

Bagian pertama ini akan membahas P(D),T(J), R(th)JC, Tc (suhu case), dan R(th)CS. Digunakan contoh IRFP250 yang banyak dipakai dan mudah didapat. Butuh kertas dan pensil untuk coret-coret sedikit. Ada secangkir kopi lebih baik lagi 🙂

Absolute Maximum Ratings

Nilai maksimum yang tidak boleh dilampaui oleh parameter yang tercantum dalam tabel. Karena urusan dengan thermal, maka T(J) dan P(D) akan dibahas. ­

T(J)= Suhu kerja die Mosfet. Punya batas -55º C sampai 150 ºC. Lebih dari itu, Mosfet game over!

Jeroan Mosfet adalah potongan kecil die semikonduktor yang saling tumpuk dan terhubung. Keluarnya 3 kaki: Gate, Drain, dan Source. Suhu die atau jeroan ini lebih panas dari suhu case, apalagi dibanding suhu heatsink jika dipasang.

P(D) atau Power dissipation. IRFP250 punya P(D) maksimal 190W. Daya ini diukur pada suhu case atau Tc=25ºC. Nilai P(D) ini berhubungan langsung dengan T(J). Saat P(D)=190W, maka nilai T(J)=150ºC.

Thermal Resistance

Desain Mosfet untuk SMPS optimal untuk fungsi switching. Tapi tidak untuk fungsi linear. Efeknya, panas yang dihasilkan sebuah Mosfet SMPS pada fungsi linear lebih bersifat sporadis pada jeroan semikonduktor. Bisa jadi bagian tengah die lebih panas dari bagian kiri . Quescient current Mosfet ikutan naik seiring suhu jeroan Mosfet yang naik. (Pengantar OOT 🙂

R(th)JC menunjukkan perbandingan suhu die dengan case Mosfet terkait daya.

IRFP250 punya nilai R(th)JC = 0,65 ºC /W (lihat tabel). Pada saat Mosfet keluar daya 100W, maka die Mosfet punya suhu 100 x 0,65 = 65ºC lebih panas dari tab atau case bawaan Mosfet.

Saat Mosfet keluar 100W, dan Paijo mengukur suhu case Mosfet sebesar 35ºC, maka die Mosfet punya suhu sebesar 35ºC + 65ºC = 100 ºC . Ternyata die Jeroan Mosfet ini bisa buat godok air untuk ngopi 🙂

Jika suhu case Mosfet 35ºC, dan output Mosfet naik jadi 200W, maka suhu jeroan Mosfet (200 x 0,65ºC) + 35ºC = 165ºC . Mosfet sudah game over! (Karena batas T(J) IRFP250 hanya 150ºC ).

Pada IRFP250, P(D) hanya dibatasi 190W pada suhu ruang 25ºC. Maksudnya, jika eksperimen di ruang AC dengan suhu 25ºC hingga case punya suhu 25ºC, (Percaya diri tanpa pakai heatsink) maka saat Mosfet keluar 190W, suhu die atau T(J) sebesar (190 x 0,65ºC )+25ºC = 148,5ºC . Batas aman akhir sebelum jebol :).

Satu detik kemudian (karena cinta tak bisa dipertahankan), suhu case naik jadi 27ºC, maka Mosfet sudah tewas terbakar.

Peran Heatsink

R(th)CS berkaitan dengan heatsink . Atau transfer panas ke heatsink. Syarat kondisi heatsink permukaan mesti flat alias mulus tidak bergelombang hingga transfer panas baik, dan ada grease. Datasheet mencantumkan nilai ini (tipikal) 0,24ºC/W. Tipikal berarti heatsink dianggap punya kemampuan transfer panas dengan selisih suhu 0,24ºC/W dengan suhu case.

Kalau menggunakan heatsink yang tidak jelas standarnya, nilai ini bisa lebih besar atau kecil angkanya. Anggap saja 0,24ºC/W untuk mudahnya.

Misal Mosfet keluar daya 100W. Panas heatsink diukur katakanlah 55ºC. Maka panas Tab atau case dari Mosfet saat itu 100 x 0,24= 24ºC lebih panas dari heatsink. Seberapa panas? 55ºC + 24ºC= 79ºC.

Sekarang dibalik. Jika suhu case 79ºC, berapa suhu heatsink?  Tinggal kurangi saja 79ºC dengan (0,24 x 100)= 24ºC. Jadi 55ºC.

Terus berapa suhu die atau T(J) dari Mosfet? 79ºC+(100×0,65)= 144ºC.

Sampai suhu berapa heatsink  menyebabkan Mosfet jebol? Jika IRFP250 keluar daya 100W, maka beda T(J) dengan case = (100×0.65)=65ºC. Hingga maksimal suhu case = 150ºC – 65ºC = 85,5ºC (tahukan angka 150ºC dari mana?).

Maka maksimal suhu heatsink= 85.5ºC – 24ºC= 61,5ºC. Mosfet yang keluar daya 100W dan seiring waktu saat suhu heatsink lewat dari 61,5ºC , Mosfet tewas terbakar.

Ok bagian pertama cukup sampai sini.  Hal yang perlu dipahami : P(D),T(J), R(th)JC, Tc (suhu case), dan R(th)CS . Lakukan corat-coret hitungan sambil ngopi lebih baik.

Peace!