PCB表面貼裝電源器件的散熱設(shè)計(jì)

介紹如何在僅使用一個(gè)印制電路板的銅鉑作為散熱器時(shí)是否可以正常工作。首先了解電路要求。

1.系統(tǒng)要求:

VOUT=5.0V；VIN(MAX)=9.0V；VIN(MIN)=5.6V；IOUT=700mA；運(yùn)行周期=100%；TA=50℃

根據(jù)上面的系統(tǒng)要求選擇750mA MIC2937A-5.0BU穩(wěn)壓器，其參數(shù)為：

VOUT=5V±2%(過熱時(shí)的最壞情況)
TJ MAX=125℃。采用TO-263封裝，θJC=3℃/W；
θCS≈0℃/W(直接焊接在電路板上)。

2.初步計(jì)算：

VOUT(MIN)=5V-5×2%=4.9V
PD=(VIN(MAX)-VOUT(MIN))+IOUT+(VIN(MAX)×I)=[9V-4.9V]×700mA+(9V×15mA)=3W

溫度上升的最大值, ΔT=TJ(MAX)-TA = 125℃-50℃=75℃；熱阻θJA(最壞情況):ΔT/PD=75℃/3.0W=25℃/W。
散熱器的熱阻, θSA=θJA-(θJC+θCS)；θSA=25-(3+0)=22℃/W(最大)。

3.決定散熱器物理尺寸：

采用一個(gè)方形、單面、水平具有阻焊層的銅箔散熱層與一個(gè)有黑色油性涂料覆蓋的散熱銅箔，并采用1.3米/秒的空氣散熱的方案相比較，后者的散熱效果最好。

采用實(shí)線方案，保守設(shè)計(jì)需要5,000mm2的散熱銅箔，即71mm×71mm(每邊長(zhǎng)2.8英寸)的正方形。

4.采用SO-8和SOT-223封裝的散熱要求：

在下面的條件下計(jì)算散熱面積大小：VOUT=5.0V；VIN(MAX)=14V；VIN(MIN)=5.6V；IOUT=150mA；占空比=100%；TA=50℃。在允許的條件下，電路板生產(chǎn)設(shè)備更容易處理雙列式SO-8封裝的器件。SO-8能滿足這個(gè)要求嗎？采用MIC2951-03BM(SO-8封裝)，可以得到以下參數(shù)：
TJ MAX=125℃；θJC≈100℃/W。

5.計(jì)算采用SO-8封裝的參數(shù)：

PD=[14V-5V]×150mA+(14V×8mA)=1.46W；
升高的溫度=125℃-50℃=75℃；
熱阻θJA(最壞的情況):
ΔT/PD=75℃/1.46W=51.3℃/W；
θSA=51-100=-49℃/W(最大)。

顯然，在沒有致冷條件下，SO-8不能滿足設(shè)計(jì)要求。考慮采用SOT-223封裝的MIC5201-5.0BS調(diào)壓器，該封裝比SO-8小，但其三個(gè)引腳具有很好的散熱效果。選用MIC5201-3.3BS，其相關(guān)參數(shù)如下：
TJ MAX=125℃
SOT-223的熱阻θJC=15℃/W
θCS=0 ℃/W(直接焊在線路板上的) 。

6.計(jì)算采用SOT-223封裝的結(jié)果:

PD=[14V-4.9V]×150mA+(14V×1.5mA)=1.4W
上升溫度=125℃-50℃=75℃；
熱阻θJA(最壞的情況):
ΔT/PD=75℃/1.4W=54℃/W；
θSA=54-15=39℃/W(最大)。根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，參考圖1，采用1,400 mm2的散熱銅箔(邊長(zhǎng)1.5英寸的正方形)可以滿足設(shè)計(jì)要求。

以上的設(shè)計(jì)結(jié)果可以作為粗略的參考，實(shí)際設(shè)計(jì)中需要了解電路板的熱特性，得出更準(zhǔn)確、滿足實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)果。