亚博在线登录入口_设计电源管理电路时需考虑的散热问题

本文摘要:高温或内部功耗产生的过多热量可能会改变电子元件的特性,导致它们关闭,在注册的工作范围之外工作,甚至经常出现故障。

高温或内部功耗产生的过多热量可能会改变电子元件的特性,导致它们关闭,在注册的工作范围之外工作,甚至经常出现故障。电源管理设备(及其相关电路)往往不会遇到这些问题,因为输出和阻抗之间的任何功耗都会引起设备痉挛,因此热量必须从这些设备中被驱出,并传递到PCB、附近的组件或周围的空气中。

即使在传统的高效开关电源中,在设计PCB和自由选择外部元件时,也必须考虑风扇问题。在设计电源管理电路时,有助于在现场调查风扇问题之前对热传递有一个基本的了解。首先,热量是一种能量,不会因为两个系统没有温差而传递。热传递以三种方式发展:传导、对流和电磁辐射。

当高温器件识别出低温器件时,就不会再发生导通。低振幅高温原子与低温材料的原子碰撞,从而降低低温材料的动能。这种动能的降低导致高温材料的温度下降,低温材料的温度上升。在对流中,传热再次发生在设备周围的空气中。

在自然界的对流中,物体冷却周围的空气,当空气被加热时,它收缩形成真空,导致冷空气取代热空气。因此形成循环气流,将设备的热量大量传递给周围空气。另一种形式是强制对流,比如风扇主动吹冷空气,从而加快了暖空气的置换。

物体向周围环境发送电磁波(热辐射)时,不会产生电磁辐射。电磁辐射热需要介质传递(真空电磁辐射可以辐射热量)。

在PCB中,传热的主要方式是传导,其次是对流。传导传热的数学模型由下式得到:其中h为导热率(以J/s为单位),k为材料的导热系数,a为面积,(THndashTL)是温差,d是距离。当界面之间的认知面积减小,温差减小或界面之间的距离增大时,热传导速度变慢。

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将能源(前式中的热源或H)与电流源等效,可以将传热模拟为一个电路,高温器件与低温器件的温差等于电压偏差,取(KA/d)部分作为导热系数,或者倒数(EQ2)等于热阻(单位为/W)。一般来说,热阻响应是符号;或者Rtheta或者只响应RA-B,其中a和B是两个再次导热的器件。

将传热速率方程改写为电路模拟,得到如下结果:模拟可以理解膨胀来描述器件的另一个热性质,称为热容量。就像热阻模拟为电阻一样,热容(CT,单位为J/)也可以模拟为电容。

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热阻(ZT)是通过并联热容和热阻获得的。图1是传导和热传导的修正RC模型。

能量建模为电流源,热阻建模为CT和RT并联。图1。改进的热阻模型。

在电路中,每个热接口都有一个冷电阻。热阻因材料、几何形状、尺寸和方向的不同而不同。系统(或电路)的热阻是对环境温度的总热阻,它可以分解为电路中每个元件的并联和串联热阻组。

例如,在半导体器件中,晶粒(也称为结)和周围空气之间的总热阻(称为热阻),即从结到环境的热阻(ZJ-A),将是结构中每个单独材料的单个热阻之和。考虑到同时安装在PCB上的MOSFET。稳态热阻(或热阻RJ-A)是从结到设备外壳的热阻(RJ-C)、从设备外壳到散热器的热阻(RC-S)和从散热器到空气的热阻(RS-A)的总和。

(RJ-A=RJ-C RC-S RS-A).此外,可以有分段的风扇pa 一般来说,RJ-A会在器件数据表中列出,但这个数字是在特定的测试板条件下得出的,因此仅限于在相同条件下测量的器件之间的比较。热阻(RJA)是电子元件最重要的参数,因为它是器件风扇的指标(基于环境条件和PCB布局)。换句话说,RJ-A可以帮助我们根据环境条件和功耗估计工作结温。

开关电源的风扇电源管理电路中风扇考虑的典型例子,参考图2右图中国家半导体收购的LM3554电路。该器件是一种电感降压转换器,针对手机中使用的大功率闪光灯。LM3554是一款不错的测试工具,因为它是一款小器件(1.6mm(1.6mm(0.6mm)),可以获得高达6W的输出功率(5VLED中的1.2A闪光电流)。

即使效率在85%左右,输出功率容量也相对较小,微小的16-bumpmu也较小;SMDPCB,必须耐高工作温度。图2。LM3554国家半导体闪光LED驱动测试电路。LM3554中初始辅助加热效应的主要表现是器件电源导通电阻的降低和器件阈值的变化。

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在温度短路的极端情况下,设备可能会查看热量清除和关闭的阈值,导致重新打开。告知精确的RJ-A有助于确认器件在电源工作期间的结温,并确保电路已按预期可靠地完成应用的抑制。如果可能,该器件需要享受3.6V的输出电压、3.6V的LED电压和1.2A的LED电流。在这种情况下,转换器将输入电压提高到比vin低300 mv。

这为设备的两个并联电流源(负责管理和调节发光二极管电流)获得了300毫伏的净电压。该器件的总功耗将是实时PFET、NFET和两个电流源的功耗之和。PFET和NFET的功耗取决于电阻元件,因此必须用于均方根电流,以准确估计功耗。

该电流是均方根电感电流除以电源周期的百分比(NFET和PFET的导通时间)。如果告诉转换器效率,频率可以通过以下等式计算:对于我们的情况,VOUT=VLED 300mV,效率约为90%。

可以发现PFET频率(1-D)为83%,NFET频率为17%。均方根电感电流公式为:其中;IL是峰峰值电感电流,在我们的例子中约为140毫安,ILDC是ILED/(1-D)计算的平均电感电流。


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