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2019.09.25 DC/DC

封装选型时的热计算示例 1

损耗探讨

在此前的文章中介绍了损耗的发生部位以及通过计算求出相应损耗的方法。从本文开始,将介绍根据求得的损耗进行热计算,并判断在实际使用条件下是否在最大额定值范围内及其对应方法等。原本之所以求损耗(效率),是为了确认最终IC芯片和晶体管芯片的结温Tj未超出最大额定值,并确认电源电路在要求条件下准确且安全地工作。

封装选型时的热计算示例 1

使用在“电源IC的功率损耗计算示例”中计算得到的结果。为方便起见,下面给出计算损耗时的条件和损耗的计算结果。

电源IC的功率损耗总和

A5_12_graf01

如右表所示,输出电流IO为2A。工作环境温度Ta为最高85℃。在这样的条件下,电源IC的封装考虑采用HTSOP-8封装。HTSOP-8是标准的表面贴装型SO封装,是背面露出金属板的封装类型。

A5_12_graf04

A5_12_graf02

热计算说到底是求IC芯片的结温Tj。在IC的技术规格书中,多会提供容许损耗曲线图,容许损耗最终也会归结到Tj。下面是Tj的计算公式。不难看出这个公式并非特殊的公式,而是普遍的用来表示Tj的公式。

Tj=Ta+θja×P

Ta:环境(周围)温度 ℃,θja:接合部-环境间热阻 ℃/W,P:消耗(损耗)功率 W

热阻值是计算所需的信息。多数情况下会在IC的技术规格书的条件中有提供。下表是从技术规格书中摘录的。此外,这里还提供了这些条件下的容许损耗曲线图。

A5_12_graf03

从所提供的内容可以看出,热阻θja因安装PCB板的层数而异。本文中的假设前提为1层PCB,因此使用“条件①”来计算。

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

Tjmax为150℃,因此从计算结果看严重不符合。先在公式中试着代入数值进行了计算,在列举条件过程中就可以看出其结果。在容许损耗曲线图中,一个损耗1.008W的线已经超出了①条件下的容许范围。另外,Ta=85℃的线与①的交点,表示①的条件下的容许功率,可以一目了然地看出,1.008W已经远远超过这个范围。进一步讲,当知道θja为189.4℃/W时,损耗1.008W的话仅发热量就能超过Tjmax的150℃限值,这种条件下是无法实际使用的,这在计算前就已经看出来了。

不过,通过该计算可以明白“将什么、做到怎样的程度、如何做比较好”,因此还是有必要计算的。

很显然,为了完成满足要求规格的设计,必须采取散热对策,所以下一篇文章中将介绍对策示例。

关键要点:

・求出损耗是为了进行热设计。

・采取散热对策确保Tj不要超过绝对最大额定值。

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