【導(dǎo)讀】我們設(shè)計(jì)的 DC-DC 電源一般包含電容、電感、肖特基、電阻、芯片等元器件；電源產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率不可能做到百分百，必定會(huì)有損耗，這些損耗會(huì)以溫升的形式呈現(xiàn)在我們面前，電源系統(tǒng)會(huì)因熱設(shè)計(jì)不良而造成壽命加速衰減。所以熱設(shè)計(jì)是系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中尤為重要的一面。但是熱設(shè)計(jì)也是十分困難的事情，涉及到的因素太多，比如電路板的尺寸和是否有空氣流動(dòng)mer Premises Equipment，用戶駐地設(shè)備）的應(yīng)用模式，以及由艾睿電子、Nordic等公司推出的相關(guān)解決方案。
我們設(shè)計(jì)的 DC-DC 電源一般包含電容、電感、肖特基、電阻、芯片等元器件；電源產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率不可能做到百分百，必定會(huì)有損耗，這些損耗會(huì)以溫升的形式呈現(xiàn)在我們面前，電源系統(tǒng)會(huì)因熱設(shè)計(jì)不良而造成壽命加速衰減。所以熱設(shè)計(jì)是系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中尤為重要的一面。但是熱設(shè)計(jì)也是十分困難的事情，涉及到的因素太多，比如電路板的尺寸和是否有空氣流動(dòng)。
我們在查看 IC 產(chǎn)品規(guī)格書時(shí)，經(jīng)常會(huì)看到 RJA、TJ、TSTG、TLEAD等名詞；首先 RJA是指芯片熱阻，即每損耗 1W 時(shí)對應(yīng)的芯片結(jié)點(diǎn)溫升，TJ是指芯片的結(jié)溫，TSTG是指芯片的存儲(chǔ)溫度范圍，TLEAD是指芯片的加工溫度。
術(shù)語解釋
首先了解一下與溫度有關(guān)的術(shù)語：TJ、TA、TC、TT。由“圖 1”可以看出，TJ是指芯片內(nèi)部的結(jié)點(diǎn)溫度，TA是指芯片所處的環(huán)境溫度，TC是指芯片背部焊盤或者是底部外殼溫度，TT是指芯片的表面溫度。數(shù)據(jù)表中常見的表征熱性能的參數(shù)是熱阻 RJA，RJA定義為芯片的結(jié)點(diǎn)到周圍環(huán)境的熱阻。其中 TJ = TA +（RJA *PD）
對于芯片所產(chǎn)生的熱量，主要有兩條散熱路徑。第一條路徑是從芯片的結(jié)點(diǎn)到芯片頂部塑封體（RJT），通過對流/輻射（RTA） 到周圍空氣；第二條路徑是從芯片的結(jié)點(diǎn)到背部焊盤（RJC），通過對流/輻射（RCA）傳導(dǎo)至 PCB 板表面和周圍空氣。對于沒有散熱焊盤的芯片，RJC是指結(jié)點(diǎn)到塑封體頂部的熱阻；因?yàn)?RJC代表從芯片內(nèi)的結(jié)點(diǎn)到外界的最低熱阻路徑。
設(shè)計(jì)實(shí)例： 某直流降壓方案，輸出 5V，電流 1A，轉(zhuǎn)換效率η為 90%，環(huán)境溫度 TA為 50℃。使用的電容額定溫度 100℃，且跟芯片靠的很近，要求芯片 TJ 溫度控制在 90℃。
首先系統(tǒng)的損耗 PD=VOUT*IOUT*（1/η-1）=5*1*（1/0.9-1）=0.56W 。
假定所有損耗都算在芯片上，可以計(jì)算出熱阻 RJA≤（90℃-50℃）/0.56≤71.4℃/W。
1.PCB 板尺寸
選用芯片的熱阻要低于 71.4℃/W，選用 SOP8-EP 芯片，其 RJA為 60℃/W，仍需要設(shè)計(jì)一個(gè) PCB 板或散熱片來把熱量從塑封體傳到周圍空氣。在只有自然對流（即沒有空氣流動(dòng)）及沒有散熱片的情況下，一個(gè)兩面都覆銅的電路板上，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則需要的電路板面積可用如下方程估算得到：
4.散熱片
散熱片可以有效的降低芯片的溫度，但是散熱片的位置也很重要。對于貼片元器件，散熱片可以直接放置在芯片塑封體頂部，如 “圖 2”所示，但是由于芯片塑封體的熱阻較大，且散熱片與其接觸不良，會(huì)降低散熱片的性能。也可以將散熱片與芯片背部的過孔相連，提高散熱片的性能。
5.風(fēng)冷
在產(chǎn)品空間范圍比較大，且不是密封的環(huán)境內(nèi)，可以通過小功率的風(fēng)扇產(chǎn)生氣流，這樣可以顯著降低系統(tǒng)整體的熱阻。
6.灌膠
對于要求防水、防塵、防震動(dòng)的產(chǎn)品，可以通過在密封的模具中灌入導(dǎo)熱硅脂，使電源系統(tǒng)元器件通過導(dǎo)熱硅脂將熱量傳遞到外殼，進(jìn)而將熱量散出去。
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