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[導(dǎo)讀]在本《電源設(shè)計小貼士》中,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(shè)計小貼士28》中,我們討論了如何設(shè)計溫升問題的電路類似方法。我們把熱源建模成了電流源。根據(jù)系統(tǒng)組件的物理屬性

 
在本《電源設(shè)計小貼士》中,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(shè)計小貼士28》中,我們討論了如何設(shè)計溫升問題的電路類似方法。我們把熱源建模成了電流源。根據(jù)系統(tǒng)組件的物理屬性,計算得到熱阻和熱容。遍及整個網(wǎng)絡(luò)的各種電壓代表各個溫度。
 
本文中,我們把 1 所示模型的瞬態(tài)響應(yīng)與 3 所示公開刊發(fā)的安全工作區(qū)域(SOA 曲線)部分進行了對比。
1 將散熱容加到 DC 電氣模擬電路上
根據(jù) CSD17312Q5 MOSFET、引線框以及貼裝 MOSFET 的印制電路板 (PWB) 的物理屬性,估算得到 1 的各個值。在查看模型時,可以確定幾個重要的點。PWB 到環(huán)境電阻(105oC/W)為到環(huán)境的最低電阻通路,其設(shè)定了電路的允許 DC 損耗。將溫升限制在 100oC,可將電路的允許 DC 損耗設(shè)定為 1 瓦。其次,存在一個 10 秒鐘的 PWB 相關(guān)時間恒量,所以其使電路板完全發(fā)熱的時間相當(dāng)長。因此,電路可以承受更大的電脈沖。例如,在一次短促的脈沖期間,所有熱能對芯片熱容充電,同時在更小程度上引線框?qū)崛莩潆?。通過假設(shè)所有能量都存儲于裸片電容中并求解方程式(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(jié)果是,I =dV * C /dt = 100 oC * 0.013F / 1ms =1300 瓦,其與 3 的 SOA 曲線圖相一致。
圖 2 顯示了 1 的仿真結(jié)果以及由此產(chǎn)生的電壓響應(yīng)。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(guān)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),其稍微有一些滯后。最后,您還可以看見 PWB 的近似線性充電,因為大多數(shù)熱能(電流)都流入其散熱電容。
2熱能流入PWB 時明確顯示的三個時間恒量
我們進行了一系列的仿真,旨在驗證模型的準確性。 3 顯示了這些仿真的結(jié)果。紅色標注表示每次仿真的結(jié)果。將一個固定電源(電流)放入電路中,相應(yīng)間隔以后對裸片電壓(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(shù)。例如,該 SOA 數(shù)據(jù)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(huán)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。
3 散熱模型與指示點的 MOSFET CSD17312 SOA 曲線一致
下次,我們將討論獲得隔離偏置電源的一種簡單電路,敬請期待。
 

 

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