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
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
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。
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。
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。
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。