ZHCAB20 November 2020
9 熱設(shè)計(jì)示例
我們通過(guò)一個(gè)例子來(lái)闡明本文討論的一些觀點(diǎn)。使用的是采用 HSOIC 封裝的 LMR33630。表 9-1 總結(jié)了設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，而圖 9-1 顯示了數(shù)據(jù)表中所需的信息。
| 器件 | LMR33630ADDA |
| 輸入電壓 | 24V |
| 輸出電壓 | 3.3V |
| 輸出電流 | 3A |
| 開關(guān)頻率 | 400kHz |
| 封裝 | HSOIC |
| 環(huán)境溫度 | 85°C |
| TJmax | 125°C |
首先，找出應(yīng)用在各個(gè)條件下的效率。如果無(wú)法找到確切條件下的效率，則查找接近的數(shù)據(jù)，并使用表 3-1 中的規(guī)則進(jìn)行插值。在 25°C 的環(huán)境溫度下，效率約為 87%，這包括電感器損耗?？紤]到本示例中的 85°C 環(huán)境溫度，將效率降低至 85%。使用Equation2 計(jì)算出的功率損耗約為 1.7W。根據(jù)Equation3 和在數(shù)據(jù)表中找到的電感器電阻，將該功率向下修正至約 1.57W。接下來(lái)，重新排列Equation1 以確定在我們的示例條件下可承受的最大 θJA。給出的值約為 25°C/W；穩(wěn)妥起見，使用 24°C/W。使用Topic Link Label7.2所示的電子表格以及示例值，調(diào)整 PCB 的尺寸，直到達(dá)到約 24°C/W 的值。這使得電路板尺寸約為 4.84in2，或約為 30cm2。為了進(jìn)行比較，Equation5 中的指南給出了約 25cm2 的面積；或減少約 20%。表 9-2 匯總了結(jié)果。圖 9-2 顯示了使用熱像儀對(duì) LMR33630ADDA EVM 進(jìn)行熱測(cè)量的結(jié)果，表 9-3 列出了結(jié)果。測(cè)量是在 25°C 下進(jìn)行的，因此將根據(jù) θJA 與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。熱像儀給出的頂部外殼溫度約為 56°C；使用Equation6，計(jì)算出的 TJ 約為 63°C。重新排列Equation1，并在進(jìn)行測(cè)量時(shí)以 25°C 作為環(huán)境溫度，θJA ≈ 24°C/W。
圖 9-1 數(shù)據(jù)表中的設(shè)計(jì)示例信息
圖 9-2 設(shè)計(jì)示例的 PCB 測(cè)量| 效率 | 0.87 |
| 總功率損耗 | 1.7W |
| 電感損耗 | ≈ 0.13W |
| 轉(zhuǎn)換器損耗 | 1.57W |
| 最大 θJA（對(duì)于 TJ = 125°C 和 TA = 85°C） | ≈ 25°C/W → 24°C/W |
| 電子表格中的有效銅面積 | ≈ 30cm2 |
| Equation5 中的有效銅面積 | ≈ 25cm2 |
| 外殼頂部溫度 | 56°C |
| 估算的結(jié)溫 | 63°C |
| 計(jì)算得出的 θJA | 24°C/W |
| 總 EVM PCB 面積 | ≈ 59cm2 |
| 電感器和 IC 封裝的近似面積 | ≈ 1.44cm2 + 0.2cm2 = 1.64cm2 |
| 熱源的近似熱足跡 | ≈ 18 · 1.64cm2 = 29cm2 |
請(qǐng)注意，EVM 總面積差不多為 60cm2，或者幾乎為獲得 24°C/W 的 θJA 所需面積的兩倍。這是需要進(jìn)行一些判斷和應(yīng)用熱足跡概念的情況之一，如Topic Link Label7所述。EVM 上的電感器約為 1.2cm x 1.2cm，而 HSOIC 封裝約為 0.5cm x 0.4cm。得出的總面積約為 1.64cm2。如果將其乘以 18（請(qǐng)參閱Topic Link Label6），則乘積約為 29cm2。這接近計(jì)算值并表示該 PCB 設(shè)計(jì)的有效銅面積。圖 9-2 中的虛線突出顯示了該面積?？焖贋g覽圖 9-2 可以看出，黑線內(nèi)的區(qū)域基本上沒有任何熱瓶頸，似乎“大致就是”有效散熱面積。
可以從許多不同的方向執(zhí)行前面的步驟。例如，您可能希望根據(jù)給定的 PCB 面積確定可接受的最大功率損耗或環(huán)境溫度。希望前面的示例可為設(shè)計(jì)人員提供指導(dǎo)，幫助其在任何給定情況下估算熱性能。