【電源設計小貼士29】:估算熱插拔MOSFET的瞬態溫升2
發布時間:2013-02-28 責任編輯:hedyxing
【導讀】本文我們將最終對一種估算熱插拔MOSFET溫升的簡單方法進行研究。在【電源設計小貼士28】中(zhong),我(wo)們(men)討(tao)論(lun)了(le)如(ru)何(he)設(she)計(ji)溫(wen)升(sheng)問(wen)題(ti)的(de)電(dian)路(lu)類(lei)似(si)方(fang)法(fa)。我(wo)們(men)把(ba)熱(re)源(yuan)建(jian)模(mo)成(cheng)了(le)電(dian)流(liu)源(yuan)。根(gen)據(ju)係(xi)統(tong)組(zu)件(jian)的(de)物(wu)理(li)屬(shu)性(xing),計(ji)算(suan)得(de)到(dao)熱(re)阻(zu)和(he)熱(re)容(rong),遍(bian)及(ji)整(zheng)個(ge)網(wang)絡(luo)的(de)各(ge)種(zhong)電(dian)壓(ya)代(dai)表(biao)各(ge)個(ge)溫(wen)度(du)。
本文中,我們把圖1所示模型的瞬態響應與圖3所示公開刊發的安全工作區域(SOA 曲線)部分進行了對比。

圖1 將散熱容加到DC電氣模擬電路上
根據CSD17312Q5 MOSFET、引線框以及貼裝MOSFET的印製電路板(PWB)的物理屬性,估算得到圖1的各個值。在查看模型時,可以確定幾個重要的點。PWB到環境電阻(105oC/W)為到環境的最低電阻通路,其設定了電路的允許DC損耗。將溫升限製在100oC,可將電路的允許DC損耗設定為1瓦。其次,存在一個10秒鍾的PWB相(xiang)關(guan)時(shi)間(jian)恒(heng)量(liang),所(suo)以(yi)其(qi)使(shi)電(dian)路(lu)板(ban)完(wan)全(quan)發(fa)熱(re)的(de)時(shi)間(jian)相(xiang)當(dang)長(chang)。因(yin)此(ci),電(dian)路(lu)可(ke)以(yi)承(cheng)受(shou)更(geng)大(da)的(de)電(dian)脈(mai)衝(chong)。例(li)如(ru),在(zai)一(yi)次(ci)短(duan)促(cu)的(de)脈(mai)衝(chong)期(qi)間(jian),所(suo)有(you)熱(re)能(neng)對(dui)芯(xin)片(pian)熱(re)容(rong)充(chong)電(dian),同(tong)時(shi)在(zai)更(geng)小(xiao)程(cheng)度(du)上(shang)引(yin)線(xian)框(kuang)對(dui)熱(re)容(rong)充(chong)電(dian)。通(tong)過(guo)假(jia)設(she)所(suo)有(you)能(neng)量(liang)都(dou)存(cun)儲(chu)於(yu)裸(luo)片(pian)電(dian)容(rong)中(zhong)並(bing)求(qiu)解(jie)方(fang)程(cheng)式(shi)(dV = I * dt / C)得到 I,我們可以估算出芯片電容器可以存儲多少能量。結果是,I =dV * C /dt = 100 oC * 0.013F / 1ms =1300瓦,其與圖3的SOA曲線圖相一致。
圖2顯示了圖1的仿真結果以及由此產生的電壓響應。其功耗為80瓦,不同的時間恒量一眼便能看出。綠色曲線為裸片溫度,其迅速到達一個PWB相關恒定電壓(藍色曲線)。您還可以看到一個引線框的第二時間恒量(紅色曲線),其稍微有一些滯後。最後,您還可以看見PWB的近似線性充電,因為大多數熱能(電流)都流入其散熱電容。

圖2 熱能流入PWB時明確顯示的三個時間恒量
我們進行了一係列的仿真,旨在驗證模型的準確性。圖3顯示了這些仿真的結果。紅色標注表示每次仿真的結果。將一個固定電源(電流)放入電路中,相應間隔以後對裸片電壓(溫升)進行測量。模型始終匹配SOA曲線。這樣做的重要性是,您可以使用該模型的同時使用不同的散熱片和PWB參數。例如,該 SOA 數據是針對缺乏強散熱能力的最小尺寸PWB。我們可以增加電路板尺寸來降低其環境熱阻,或者增加銅使用量來提供更好的熱傳播—最終降低溫度。增加銅使用量也可以提高散熱能力。

圖3 散熱模型與指示點的MOSFET CSD17312 SOA曲線一致
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