電源IC技術(shù)的容許損耗設(shè)計(jì)問題

不論使用電源IC與否，使用IC時(shí)必須探討熱問題，切勿超過最大額定Tjmax（最大接合部溫度/結(jié)溫），并視情況進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)。特別是電源IC等處理大功率的IC或晶體管上可以說是必須的探討事項(xiàng)。針對“電源IC技術(shù)規(guī)格的解讀方法”，本項(xiàng)接著說明“容許損耗”。

本項(xiàng)是“電源IC技術(shù)規(guī)格的解讀方法”最后一項(xiàng)?！凹夹g(shù)規(guī)格的封面”、“框圖”、“絕對最大額定和推薦工作條件”、“電氣特性的要點(diǎn)”、“特性圖表、波形的看圖方法”、“應(yīng)用電路例”、“部件選定”以及“輸入等效電路”已經(jīng)說明，所有項(xiàng)目應(yīng)該可以作為解讀技術(shù)規(guī)格并讓設(shè)計(jì)順利進(jìn)行的提示，推薦全部瀏覽。

容許損耗

IC的容許損耗（適用于大多數(shù)電子部件），意指不超過其IC可維持性能的溫度的最大的功耗。例如，如果某電源IC的容許損耗為“1.2W”，則單純來說，在該條件下所損耗的功率只要不超1.2W即可。

以簡單的LDO穩(wěn)壓器為例，其計(jì)算方式如下：

輸入為5V、輸出為3.3V、輸入電流（自我消耗＋負(fù)載）為0.7A時(shí)：（5V-3.3V）×0.7A＝1.19W

因而，可以判斷“勉強(qiáng)安全”。當(dāng)然，實(shí)際上需要再仔細(xì)探討。

容許損耗基本上大多以圖表顯示，以下為圖表示例。

首先，從圖表的①2.66W的曲線可知，25℃為止可以容許2.66W，不過超過25℃以上的話容許損耗便直線式減少，此IC的最大工作Ta85℃則可以容許1.4W。

①～④是提示基板和面積的條件，容許損耗因安裝條件而異。此外，也顯示其條件下的熱電阻θj-a。近年許多電源IC為表貼封裝，容許損耗視安裝條件而有極大的不同，因此這類詳細(xì)的條件提示是有用的。

有這些條件提示的話，本身設(shè)計(jì)只要以最近條件的容許損耗作為“參考”即可。之所以將“參考”兩字框起來，是想強(qiáng)調(diào)畢竟只是“參考”而已。關(guān)于這個(gè)將另外說明。

舉一例。如果②的基板條件相當(dāng)接近，安裝基板的Ta上限為50℃的話，則知可容許1.4W弱的損耗。在上述LDO穩(wěn)壓器例子中，可以取得0.8A左右。開關(guān)穩(wěn)壓器時(shí)雖然計(jì)算有點(diǎn)麻煩，不過如果可以測量效率（輸出功率/輸入功率）的話，1－效率將變?yōu)閾p耗。如果為內(nèi)置功率晶體管型的話以此便可以求得，不過外置功率晶體管型則必須只計(jì)算（測量）控制IC的損耗。當(dāng)然，就電源電路而言，外置功率晶體管的熱計(jì)算是必須的。

那么，看了此圖表之后沒有注意到什么嗎？當(dāng)然，此圖表由于提供了一般性充分的信息，因此有稍微深讀之意。

（1） 0℃～25℃為何容許損耗相同？

（2） Ta＝150℃且容許損耗為0W。

理論上（1）令人質(zhì)疑。當(dāng)周圍溫度下降時(shí)，在計(jì)算上應(yīng)該可以增加功率損耗。（2）想必立刻注意到，由此可知Tjmax為150℃。因?yàn)闊o法完全功耗，故發(fā)熱為零，也就是Ta＝Tj的條件。

過去時(shí)而被問到（1）的問題，難得從圖表讀取了Tjmax，也有提供θj-a，那就以①的條件為例試算看看。

從Tj＝θj-a×PD＋Ta得47.0℃/W×2.66W（@ Ta＝25℃）＋25℃＝150℃　←Tjmax的條件

從150℃＝47.0℃/W×？W（@ Ta＝0℃）＋0℃得3.19W　←0℃的話計(jì)算上應(yīng)該可以容許這一點(diǎn)損耗

其實(shí)，有關(guān)于此雖然眾說紛紜，不過想必是慣例，一般如果假設(shè)室溫為25℃的話，即使沒有通電Tj也有25℃，如果設(shè)定2.66W以上則通電瞬間有超過Tjmax的危險(xiǎn)，因此25℃以下的容許損耗適用25℃的值應(yīng)該比較安全。當(dāng)然，寒冷地帶等沒有25℃以上，那是非常特殊的條件且只要有可靠的證據(jù)，容許損耗想必可以配合計(jì)算。

盡管有點(diǎn)脫軌，然而這里所要陳述的是，如果有提供容許損耗的圖表，利用上雖然沒有問題，不過務(wù)必得遵照求Tj的基本公式進(jìn)行確認(rèn)，而計(jì)算結(jié)果更應(yīng)該以實(shí)測驗(yàn)證。

曾經(jīng)看過容許損耗圖表的數(shù)值和計(jì)算結(jié)果不合的圖表，對此，想必是將已降額的值作為容許值了。反之，如果所提供的容許損耗值正好是Tjmax的話，在其損耗條件下使用就可靠性而言等于是在最差條件下使用，工作壽命將會(huì)變短，故通常會(huì)降額，也就是取余量。也因此，對于所提示的信息根據(jù)有必要進(jìn)行某程度的確認(rèn)。

最后，說明將前述“參考”兩字框起來強(qiáng)調(diào)的理由。實(shí)際上，技術(shù)規(guī)格提示的基板條件極少數(shù)能與本身設(shè)計(jì)吻合。大多把目標(biāo)放在“大致上接近”或“比這個(gè)好而比這個(gè)差”等。此外，甚至因功率設(shè)備并排于旁側(cè)或冷卻條件（風(fēng)扇等）、框體或設(shè)定場所的關(guān)系等導(dǎo)致散熱、熱阻、Ta成為相當(dāng)不確定要素，計(jì)算過于復(fù)雜的話有時(shí)無法驗(yàn)證。因此，探討所提供的信息并確認(rèn)計(jì)算，最后再進(jìn)行實(shí)測的過程非常重要。特別是近年安裝的高密度化，有時(shí)會(huì)有無法隨心所欲利用散熱空間或散熱器等情況發(fā)生。在電源設(shè)計(jì)時(shí)，希望能大家充分理解熱探討和熱設(shè)計(jì)是非探討不可的項(xiàng)目。

關(guān)鍵要點(diǎn)：

?不論是否為電源IC都須確保沒有超過Tjmax。特別是高功率的電源IC更必須實(shí)施熱設(shè)計(jì)。

?容許損耗、封裝熱電阻、降額等條件提示的種類有如果可以，不論如何自我發(fā)熱和周圍溫度的和終究不超過Tjmax。

?技術(shù)規(guī)格提供的容許損耗或熱電阻為特定條件下的值，與本身設(shè)計(jì)的條件大多不會(huì)一致，故須作為參考值，務(wù)必以實(shí)機(jī)進(jìn)行確認(rèn)。