标签: 模块结温

Fairchild 的 Motion SPM® 智能功率模块将各种工业运动和电机控制应用的驱动和保护电路集成到单个封装中。 我们最近引入了用于紧凑型电机控制应用的 SPM 7 模块，功率最高为 50 W。这些应用很少留有散热器的空间，这也就是说通过估算确保合适的结温 (T J ) 来保证系统可靠性至关重要。下面介绍几种计算 SPM® 7 系列结温的方法。 Motion SPM ®  7 系列概述 高性能 SPM 7 模块系列综合了多个器件，包括高性能 FRFET® MOSFET 和半桥栅极驱动器 IC，在单个 PQFN 封装内提供全套功能、高性能逆变模块（图 1）。 Motion SPM 7 系列的关键设计目标当然是在装配空间有限时提供紧凑而可靠的变频设计解决方案。考虑诸如小型落地扇和吊扇电机、空调室内和室外风扇、水泵等系统。 封装外观 和结构 我们将了解四种用来测算结温的方法，并展示测算结果： 直接测量（由红外摄像机检测的T J ） TC_TOP 测算（用红外摄像机测量壳温 TC_TOP） TP 测算（热电偶检测 PCB 温度 TP） VTS 测算（用 VTS 检测的高压 IC THVIC 的结温） A：直接测量（由红外摄像机检测的 TJ） 您可以使用红外摄像机直接测量结温。尽管这样看起来很直接，但需要打开模块封装。这个过程很费力、复杂、成本高，并且会改变最后装配的运行。然而，为了能够“查看壳体内部”和“检查”实际元件，这样的工作和成本是值得的。为了进行下列测量，使用专业设备执行打开封装的流程。 图2显示打开封装的位置和运行期间捕捉到的图像。在封装中包含的 6 个 MOSFET 中，W 相 H/S MOSFET 是最热的点。该热点主要是由引脚框架结构产生的，在引脚框架结构中，存在因相邻 MOSFET 产生的热叠加。 图2 B.TC_TOP 测算（由红外摄像机测量 TC_TOP） 通过大量模拟，我们知道 SPM 7 系列的 Ψ JT 大约为 0.77 ℃/W。事实证明 T J 与 T C_TOP  之间的差异可以忽略，因为只要最大功耗 (Pd) 低于 6 W 且 SPM 7 系列的 ΨJT大约为 Ψ JT ，该差异就小于 5℃。 图 3 和图 4显示 SPM 7 系列顶部的热等效电路和结构。注意尽管不存在散热器，PCB也起着散热的作用。 在这种情况下，T J 可通过下式计算： TJ = PD × ΨJT + TC_TOP’ TJ ≈ TC_TOP 顶部热等效电路 从结到壳体顶部的 SPM 7 封装热阻

C.TP 测算（热电偶测量 TP） 由于结到 PCB的热阻较小 ， PCB 层 P 的温度 T P 是一个类似 T J  的值。当 T P 与测试结果中的真实 T J （如图5所示）比较，测得的 T P 值接近真实的 T J 。 温度测量图 在获取数据的过程中，我们发现图 6 和图 7 所示的附着位置对于减少 T J 与 T P 之间的差异非常重要。通过最大程度地减少热电偶和器件之间的缝隙，您可以最大程度地减少 T J 与 T P 之间的差异。 用于减少 T J 与 T P 测量之间差异的好坏附着示例 合理放置热电偶能够大幅减少 T C_TOP   与 T P  之间的差异 D.VTS 测算（由 VTS 检测高压 IC THVIC 的结温） TSU 模拟的电压输出V TS 反映了 SPM 7 系列模块中 HVIC 的温度。下式显示 V TS 电压与 V 相 HVIC 温度之间的关系。可表述为： V TS  = 0.019 x T HVIC  + 0.2 甚至当按照图6和7合理放置热电偶时，T J 与THVI C 之间的差异会根据负载电流逐渐增大。根据实验判断，可通过计算 HVIC 温度来估计 MOSFET 结温。但是，系统条件（如热损耗）可以改变曲线。因此，有必要根据设定的应用条件进行资料记录。 T J 与 T HVIC