ZHCAB20 November 2020 LM61460-Q1 , LM63615-Q1 , LM63625-Q1 , LM63635-Q1 , LMR33620-Q1 , LMR33630-Q1
我們通過一個例子來闡明本文討論的一些觀點。使用的是采用 HSOIC 封裝的 LMR33630。表 9-1 總結了設計細節,而圖 9-1 顯示了數據表中所需的信息。
| 器件 | LMR33630ADDA |
| 輸入電壓 | 24V |
| 輸出電壓 | 3.3V |
| 輸出電流 | 3A |
| 開關頻率 | 400kHz |
| 封裝 | HSOIC |
| 環境溫度 | 85°C |
| TJmax | 125°C |
首先,找出應用在各個條件下的效率。如果無法找到確切條件下的效率,則查找接近的數據,并使用表 3-1 中的規則進行插值。在 25°C 的環境溫度下,效率約為 87%,這包括電感器損耗。考慮到本示例中的 85°C 環境溫度,將效率降低至 85%。使用Equation2 計算出的功率損耗約為 1.7W。根據Equation3 和在數據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,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,調整 PCB 的尺寸,直到達到約 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 匯總了結果。圖 9-2 顯示了使用熱像儀對 LMR33630ADDA EVM 進行熱測量的結果,表 9-3 列出了結果。測量是在 25°C 下進行的,因此將根據 θJA 與計算結果進行比較。熱像儀給出的頂部外殼溫度約為 56°C;使用Equation6,計算出的 TJ 約為 63°C。重新排列Equation1,并在進行測量時以 25°C 作為環境溫度,θJA ≈ 24°C/W。
圖 9-1 數據表中的設計示例信息
圖 9-2 設計示例的 PCB 測量| 效率 | 0.87 |
| 總功率損耗 | 1.7W |
| 電感損耗 | ≈ 0.13W |
| 轉換器損耗 | 1.57W |
| 最大 θJA(對于 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 |
| 估算的結溫 | 63°C |
| 計算得出的 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。這是需要進行一些判斷和應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(請參閱Topic Link Label6),則乘積約為 29cm2。這接近計算值并表示該 PCB 設計的有效銅面積。圖 9-2 中的虛線突出顯示了該面積。快速瀏覽圖 9-2 可以看出,黑線內的區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行前面的步驟。例如,您可能希望根據給定的 PCB 面積確定可接受的最大功率損耗或環境溫度。希望前面的示例可為設計人員提供指導,幫助其在任何給定情況下估算熱性能。