系统可靠性设计之重要一环:热设计
电路一点通 2024-05-24

我们设计的 DC-DC 电源一般包含电容、电感、肖特基、电阻、芯片等元器件;电源产品的转换效率不可能做到百分 百,必定会有损耗,这些损耗会以温升的形式呈现在我们面前,电源系统会因热设计不良而造成寿命加速衰减。所以热设计 是系统可靠性设计环节中尤为重要的一面。



但是热设计也是十分困难的事情,涉及到的因素太多,比如电路板的尺寸和是否 有空气流动。我们在查看 IC 产品规格书时,经常会看到 RJA、TJ、TSTG、TLEAD等名词;首先 RJA是指芯片热阻,即每损耗 1W 时对 应的芯片结点温升,TJ是指芯片的结温,TSTG是指芯片的存储温度范围,TLEAD是指芯片的加工温度。

术语解释

首先了解一下与温度有关的术语:TJ、TA、TC、TT。由“图 1”可以看出,TJ是指芯片内部的结点温度,TA是指芯片所 处的环境温度,TC是指芯片背部焊盘或者是底部外壳温度,TT是指芯片的表面温度。数据表中常见的表征热性能的参数是 热阻 RJA,RJA定义为芯片的结点到周围环境的热阻。其中 TJ = TA +(RJA *PD)


典型热阻值



设计实例:

某直流降压方案,输出 5V,电流 1A,转换效率η为 90%,环境温度 TA为 50℃。使用的电容额定温度 100℃,且跟芯 片靠的很近,要求芯片 TJ 温度控制在 90℃。首先系统的损耗 PD=VOUT*IOUT*(1/η-1)=5*1*(1/0.9-1)=0.56W 假定所有损耗都算在芯片上,可以计算出热阻 RJA≤(90℃-50℃)/0.56≤71.4℃/W






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