關(guān)于絕緣型反激式轉(zhuǎn)換器的溫度測(cè)量和損耗測(cè)量

　　關(guān)于絕緣型反激式轉(zhuǎn)換器的性能評(píng)估，除了規(guī)格以外，需要確認(rèn)的“重要檢查點(diǎn)”進(jìn)入“溫度測(cè)量和損耗測(cè)量”相關(guān)說(shuō)明。

• MOSFET的漏極電壓和電流、及輸出整流二極管的耐壓
• 變壓器的飽和
• Vcc電壓
• 輸出瞬態(tài)響應(yīng)和輸出電壓上升波形
• 溫度測(cè)量和損耗測(cè)量
• 電解電容器

本項(xiàng)將說(shuō)明溫度和損耗的測(cè)量與計(jì)算方法，其最主要的目的在于確認(rèn)即使實(shí)際工作在最大溫度條件時(shí)電源IC的結(jié)溫（接合部溫度）Tj也不會(huì)超過(guò)其最大額定Tjmax。最大額定值絕對(duì)不可以超過(guò)，因此也不會(huì)出現(xiàn)超過(guò)最大額定值的狀況。如果超過(guò)最大額定值，元件壽命將明顯縮短，甚至可能因此而受損。 此外，除了不超過(guò)額定值外，還要從可靠性的角度來(lái)了解實(shí)際Tj值，并進(jìn)行降額。

之所以要同時(shí)檢查損耗狀況，是因?yàn)閾p耗＝發(fā)熱。從容許損耗的角度來(lái)看，實(shí)際的損耗是否低于容許損耗是檢查要點(diǎn)，最終的Tj到底是多少，才是檢查的原點(diǎn)。只要掌握造成損耗的原因，就可以視情況改善損耗和降低發(fā)熱。當(dāng)然，這部分也和效率改善有關(guān)。

【檢查條件】

輸入電壓：最大

負(fù)載電流：最大

環(huán)境：溫度條件的上限

【檢查要點(diǎn)】

電源IC的Tj是否未超過(guò)最大額定值

損耗是否低于技術(shù)規(guī)格所示的容許損耗

溫度測(cè)量

本次的示例所使用電源IC為內(nèi)置功率晶體管型，測(cè)量電源用IC的結(jié)溫。另外，外置功率晶體管時(shí)，首要發(fā)熱源就是外置的功率晶體管，要注意的是控制器IC的功率晶體管柵極驅(qū)動(dòng)用的電流有時(shí)候不會(huì)變小。

那么，雖然必須知道結(jié)溫Tj，但I(xiàn)C芯片大多封裝采用樹(shù)脂密封，而無(wú)法直接測(cè)量。因此，要基于周?chē)鷾囟萒a或外殼（封裝）溫度Tc的實(shí)測(cè)值和熱電阻計(jì)算出Tj。右邊的圖是表示熱電阻和溫度的關(guān)系。θja是從接合處（芯片）到環(huán)境中的全熱電阻，Tj為T(mén)a＋自我發(fā)熱，發(fā)熱為熱電阻×功率，通過(guò)基本成立的下方的公式計(jì)算出Tj。

熱電阻相關(guān)，可以參照IC廠商提供的數(shù)據(jù)。技術(shù)規(guī)格等未記載時(shí)，請(qǐng)?jiān)囍?xún)問(wèn)制造廠商。

在實(shí)際測(cè)量Ta或Tc時(shí)，才發(fā)現(xiàn)原來(lái)測(cè)量Ta其實(shí)并不容易。測(cè)量時(shí)，會(huì)利用熱電偶測(cè)量周?chē)沫h(huán)境溫度，但是發(fā)熱體附近和距離發(fā)熱體遠(yuǎn)的情況，兩者溫度根本不同。而且，實(shí)際測(cè)量的位置可能位在內(nèi)部，或是啟動(dòng)冷卻風(fēng)扇讓空氣流動(dòng)等，這樣一來(lái)，到底哪個(gè)條件下測(cè)量到的環(huán)境溫度才是Ta呢？雖然可以利用經(jīng)驗(yàn)法則解決，但依舊是一個(gè)困難的問(wèn)題。

對(duì)于上述Tc的測(cè)量情況，近年來(lái)，普遍會(huì)使用熱成像或輻射溫度計(jì)等，已經(jīng)比以往簡(jiǎn)單許多。當(dāng)然，也可以使用熱電偶進(jìn)行測(cè)量，但如此一來(lái)，熱電偶必須接觸到封裝，會(huì)因?yàn)闊犭娕家l(fā)散熱，難以正確測(cè)量到正確數(shù)值。另外，測(cè)量時(shí)千萬(wàn)不要利用膠帶，將熱電偶前端黏貼在封裝上面。鑒于近年來(lái)情況，以利用紅外線(xiàn)的非接觸式溫度計(jì)為最佳對(duì)策。

還有一點(diǎn)要注意，就是計(jì)算時(shí)，要使用封裝哪一處的溫度作為T(mén)c。根據(jù)上面的封裝圖，就能夠輕易知道答案，但功率晶體管正上方處和不太會(huì)功耗的控制芯片上方，兩者的Tc是不同的?；旧?，使用封裝表面溫度最高的數(shù)值。從這個(gè)意義上，熱成像最為便利。至于熱電偶方面，雖然還有其他更加細(xì)微的條件要求，但一般會(huì)在封裝中央處進(jìn)行測(cè)量。

損耗測(cè)量

取得熱電阻、Tc或Ta的數(shù)值后，如果要代入上述公式進(jìn)行計(jì)算，還必須先取得P數(shù)值，也就是功耗＝損耗（功率）。損耗直接以電壓×電流來(lái)算出。例如，LDO線(xiàn)性穩(wěn)壓器中，（輸入電壓－輸出電壓）×（輸出電流＋自我消耗電流）就是損耗的功率，但開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器時(shí)，是利用開(kāi)關(guān)，轉(zhuǎn)換出所需要的功率，因此必須先算出平均功耗，而計(jì)算方式有些復(fù)雜。以下為原則上的計(jì)算公式。

基本上，平均功率P是指電流和電壓的積與時(shí)間進(jìn)行積分的值，再除以時(shí)間T。接著套用在實(shí)際開(kāi)關(guān)上。1個(gè)周期大致上為OFF→ON（T1～T2）、ON期間（T2～Ｔ3）、ON→OFF（T3～T4）、OFF期間（T4～T5）一共4個(gè)狀態(tài)，如同下圖所示，分成4個(gè)區(qū)間進(jìn)行計(jì)算。實(shí)際進(jìn)行積分計(jì)算的時(shí)候，將使用積分公式。

在計(jì)算之前，必須先取得能夠看出上述4個(gè)區(qū)間的時(shí)間、電壓/電流的波形數(shù)據(jù)，尤其是能夠充分了解波形移動(dòng)時(shí)向上升/向下降的時(shí)間，與波形穩(wěn)定不變時(shí)電壓/電流關(guān)系為何的波形（參照右上波形數(shù)據(jù)）。之后，就可以將讀取到的數(shù)值代入到公式內(nèi)，進(jìn)行計(jì)算。

總結(jié)

將經(jīng)由測(cè)量和計(jì)算所取得的P，損耗（功耗），代入在上述的Tj計(jì)算公式內(nèi)，算出Tj的數(shù)值。Tj的最大額定值為150℃，因此確認(rèn)Tj是否低于該最大額定值。

容許損耗是經(jīng)由右邊的圖表（摘錄于BM2P013的技術(shù)規(guī)格，PCB ： 74.2mm×74.2mm×1.6mm 雙層玻璃環(huán)氧樹(shù)脂基板安裝時(shí)）計(jì)算取得。就IC而言，Ta = 105℃在工作溫度范圍內(nèi)，容許損耗約750mW。使用電源的工作溫度達(dá)最大值時(shí)，就必須取得IC附近的Ta數(shù)值。不論是哪個(gè)溫度條件，損耗低于容許損耗都是最低條件。

關(guān)鍵要點(diǎn)：

?元件（芯片）的接合溫度（Tj）在額定值內(nèi)，除了可靠性，也包括安全性等必須確認(rèn)事項(xiàng)。

?溫度可利用實(shí)測(cè)和熱電阻的概念計(jì)算出來(lái)。

?損耗經(jīng)由開(kāi)關(guān)波形的觀測(cè)和數(shù)學(xué)公式計(jì)算出來(lái)。

?容許損耗可以參照技術(shù)規(guī)格的圖表，但最后仍須依照Tj值。