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2019.12.25 DC/DC

封裝選型時的熱計算範例 1

損耗探討

在此前的文章中介紹了損耗的發生部位以及透過計算求出相應損耗的方法。從本文開始,將介紹根據求得的損耗進行熱計算,並判斷在實際使用條件下是否在最大額定值範圍內及其對應方法等。原本之所以求損耗(效率),是為了確認最終IC晶片和電晶體晶片的接合面溫度Tj未超出最大額定值,並確認電源電路在要求條件下準確且安全地工作。

封裝選型時的熱計算範例 1

使用在“電源IC的功率損耗計算範例”中計算得到的結果。為方便起見,下面給出計算損耗時的條件和損耗的計算結果。

電源IC的功率損耗總和

A5_12_graf01

如右表所示,輸出電流IO為2A。工作環境溫度Ta為最高85℃。在這樣的條件下,電源IC的封裝考慮採用HTSOP-8封裝。HTSOP-8是標準的表面安裝型SO封裝,是背面露出金屬板的封裝類型。

A5_12_graf04

A5_12_graf02

熱計算最終是要計算出IC晶片的接合面溫度Tj。在IC的技術規格書中,多會提供額定損耗曲線圖,額定損耗最終也會歸結到Tj。下面是Tj的計算公式。不難看出這個公式並非特殊的公式,而是普遍的用來表示Tj的公式。

Tj=Ta+θja×P

Ta:環境(周圍)溫度 ℃,θja:接合部-環境間熱阻 ℃/W,P:消耗(損耗)功率 W

熱阻值是計算所需的資訊。多數情況下會在IC的技術規格書的條件中有提供。下表是從技術規格書中摘錄的。此外,這裡還提供了這些條件下的額定損耗曲線圖。

A5_12_graf03

從所提供的內容可以看出,熱阻θja因安裝PCB板的層數而異。本文中的假設前提為1層PCB,因此使用“條件①”來計算。

Tj=Ta+θja×P ⇒ 85℃+189.4℃/W×1.008W=275.9℃

Tjmax為150℃,因此從計算結果看是完全NG的。先在公式中試著代入數值進行了計算,在列舉條件過程中就可以看出其結果。在額定損耗曲線圖中,一個損耗1.008W的線已經超出了①條件下的額定範圍。另外,Ta=85℃的線與①的交點,表示①的條件下的額定功率,可以一目了然地看出,1.008W已經遠遠超過這個範圍。進一步講,當知道θja為189.4℃/W時,損耗1.008W的話僅發熱量就能超過Tjmax的150℃限值,這種條件下是無法實際使用的,這在計算前就已經看出來了。

不過,透過該計算可以明白“將什麼、做到怎樣的程度、如何做比較好”,因此還是有必要計算的。

很顯然,為了完成滿足要求規格的設計,必須採取散熱對策,所以下一篇文章中將介紹對策範例。

重點:

・求出損耗是為了進行熱設計。

・採取散熱對策確保Tj不要超過絕對最大額定值。

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