電源管理電路設(shè)計(jì)時(shí)必需考慮的散熱問(wèn)題

估算電感溫度(熱阻抗)

各種因素都會(huì)促使電感器的溫度上升。這些因素包括環(huán)境溫度、電感器的熱阻抗和電感器的內(nèi)部功耗。利用電感器的直流電阻隨溫度變化這一特性，我們可以比較準(zhǔn)確地估算電感器的工作溫度。這類似于使用ESD二極管或PFET導(dǎo)通電阻，在此將電感線圈用作內(nèi)部溫度計(jì)。

返回到我們的電感器電阻與溫度對(duì)比的等式中去，通過(guò)兩個(gè)溫度下電感器電阻的比率可以用下面的等式算出ΔT：

圖5中所示的測(cè)試示例在LM3554的電路中使用了VLS4010ST-2R2，直流電流階躍為1.65A。室溫時(shí)的電阻開始時(shí)為65mΩ。超過(guò)30秒之后，電感器達(dá)到穩(wěn)態(tài)，電阻變?yōu)?3mΩ，相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)工作溫度大約為 56℃。

圖 5. 電感器熱響應(yīng)。

使用熱阻(RT)的定義，可以獲得：

這里要注意的一件事情是電感器的功耗是其線圈電阻的函數(shù)，后者會(huì)隨著溫度發(fā)生變化。因此，需要考慮計(jì)算電感器在給定RT的TF。將RT的等式插入電感電阻與溫度等式并求解TF可以得出：

其中k為。

圖5顯示等效的電感溫度上升與時(shí)間大約具有一階指數(shù)關(guān)系。這再次得出等式：

采用下面等式算出的熱容：

了解閃光LED驅(qū)動(dòng)器示例中的電感熱阻可以提供一些有益的見解。因?yàn)榕c閃光持續(xù)時(shí)間(小于1秒)相比，電感器達(dá)到穩(wěn)定溫度需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，所以采用穩(wěn)態(tài)熱阻估算的滿閃光電流時(shí)的電感器工作溫度，很可能會(huì)過(guò)高估算電感器的工作溫度。這可以允許減少在脈沖器件(如閃光LED驅(qū)動(dòng)器，而不是穩(wěn)態(tài)電源)中工作的電感器的尺寸。

總結(jié)

當(dāng)處理功耗相對(duì)較大的器件時(shí)，通常有必要估算電源管理電路的溫度。使用通用熱阻可以很好地比較采用相同封裝的相似器件，但很可能得不到準(zhǔn)確的溫度預(yù)測(cè)。因此，通常有必要采用復(fù)雜的熱計(jì)算或直接測(cè)量熱阻的方法。本文重點(diǎn)介紹了幾種可用于測(cè)量器件的溫度并獲得器件熱阻的示例。知道準(zhǔn)確的器件溫度和器件功耗，從而進(jìn)行熱阻計(jì)算。

在知道熱阻之后，利用器件功耗的逐步變化和監(jiān)控器件溫度可以計(jì)算器件熱容。這樣可以更準(zhǔn)確地估算由于瞬態(tài)熱事件導(dǎo)致的器件溫度。本文中列出的示例是通過(guò)使用高電流白光LED閃光驅(qū)動(dòng)器而完成的，但也同樣適用于其他電源管理器件，包括以脈沖方式工作及專為長(zhǎng)時(shí)間工作而設(shè)計(jì)的器件。