651|0

2万

帖子

339

资源

版主

POL热阻测量及SOA评估 [复制链接]

本帖最后由 qwqwqw2088 于 2022-7-7 14:04 编辑

为了满足更小的方案尺寸以降低系统成本,小型化和高功率密度成为了近年来DCDC和LDO的发展趋势,这也对方案的散热性能提出了更高的要求。本文借助业界比较成功的中压DCDC TPS543820,阐述板上POL的热阻测量方法及SOA评估方法。

 

PCB Layout对热阻的影响

 

芯片的数据手册都会标注芯片的热阻参数,如下Figure 1 TPS543820 Thermal Information所示。但这个Thermal Metric的值并不能直接应用于实际项目的热评估中,因为芯片的散热好坏会受到PCB layout的直接影响,包括散热面积,铜厚,过孔数量甚至是布局都会对实际热阻造成较大影响。

pastedimage1654585933076v1.png

Figure 1: TPS543820 Thermal Information

因此,我们需要对项目中重点电源器件进行实际热阻测量,尤其是在高温应用场景下,以避免设计问题导致的芯片可靠性降低甚至无法正常工作。

 

板上热阻RθJA测量

测试设备

电源
示波器
电子负载
温箱
热电偶
万用表

 

测试方法

 

固定输出电压(VOUT),利用电源提供输入电压电流(VIN,IIN),利用电子负载提供负载电流(IOUT),利用温箱来创造稳定的环境温(TA)。逐步缓慢的增加负载电流,同时利用示波器监测输出电压,当输出电压在超过10分钟的时间里恰好只出现了1次shutdown,那么我们认为此时芯片的结温 TJ = TSDN(thermal shutdown point)。

 

如Figure 2所示,芯片的TSDN可以从手册中找到,但这个点的范围比较广,下面介绍两种单颗芯片TSDN的测量方法,以得到更精确的结果。

image.png  

Figure 2: TPS543820 Thermal Shutdown Spec

 

1)使用热电偶或红外测温仪测量恰好发生一次thermal shutdown时的壳温(Tcase),利用结温到壳温之间的特征热阻较小的特性,近似认为此时TCASE=TSDN。

 

2)利用PGOOD NMOS体二极管的阈值电压VTH和温度的负线性关系,保持芯片不上电,用万用表测量不同环境温度下的PGOOD和AGND之间的电压差(VTH),两点确定一条直线,绘制出此时的VTH与温度的特性曲线。再次给芯片上电,测量恰好发生一次thermal shutdown时的VTH值,即可反推出此时的PGOOD NMOS温度(TPG),由于PGOOD NMOS受到了功率MOSFET的加热,我们认为此时TPG=TSDN。

 

热阻计算公式

image.png  

 

因此,我们可以求得此时板上的热阻。下面我们将介绍如何利用板上热阻进行评估SOA。

 

SOA评估

 

我们利用TPS543820EVM的RθJA结果进行分析,如Figure 1所示,RθJA=29.1℃/W,假设应用条件为VIN=12V, VOUT=5V, Fsw=1MHz, TA_MAX=90℃,从TPS543820数据手册6.3节中可以得到芯片推荐工作最大结温TJ=150℃,因此,可以利用下面的公式求得当前应用条件下芯片正常工作的最大功耗 image.png  

image.png  

计算得到,PLOSS_MAX=2.06W,从TPS543820数据手册中Figure 6-6中可以直接查出此时对应的输出电流为7.5A。因此,我们可以得到在当前应用条件下,芯片可以正常工作的最大输出电流为7.5A,所以该路电源应设计满足IOUT_MAX≤7.5A。

 

作者:Kelly Bai


回复
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

查找数据手册?

EEWorld Datasheet 技术支持

最新文章 更多>>
    关闭
    站长推荐上一条 1/10 下一条

    About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

    站点相关: 安防电子 汽车电子 手机便携 工业控制 家用电子 医疗电子 测试测量 网络通信 物联网

    北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

    电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2022 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
    快速回复 返回顶部 返回列表