利用 DC / DC 转换器在热性能和小尺寸解决方案之间进行权衡

大家好 我叫 Frank 是德州仪器的应用工程师 今天我将利用我们最新的 宽输入电压范围降压稳压器 LMR33630 来重点说明一下 较小的解决方案尺寸 与良好的散热性能之间的权衡关系 这款器件提供了两种不同的封装方式 一种是小型 2mm x 3mm QFN 封装 另一种是 4mm x 5mm SOIC 封装 实际上 QFN 封装不仅尺寸极小 而且没有采用键合金线 这意味着它不会产生很多噪声 因此更容易符合传导和辐射 EMI 标准 此外其 QFN 封装 具有可粘锡侧翼镀层 沿着封装底部 有一个阶梯式切口 由此可以形成一个大的焊锡圆角 因此更容易获得良好的焊点 对于 SOIC 封装 其封装底部有一个很大的散热片 可以焊接到 PCB 板上 因此可以提供良好的散热性能 和很低的热阻 另外这种封装是引脚式封装 采用手工焊接方式会更容易一点 因此在 PCB 板需要返工时也更加容易 我们现在看到的这两个 IC 在两个 EVM 上采用了不同封装方式 这两个 EVM 尺寸基本相同 具有相同的 BOM 和相同的组件 今天我们将介绍 并比较一下在同等条件下 这两种装的热性能 我们将要研究的应用具有 24V 的输入 5V 的输出和 3A 的负载电流 采用 400k 的开关频率 这是一种非常典型的工业类型应用 我们将用到的设备 包括输入电源 有源负载以及数个用于测量 稳压器输入和输出参数的数字万用表 此外我们有一个热成像摄像头装置 可以查看两个封装的外壳顶部温度 以便我们了解温度上升情况 当您准备进行精确的热测量时 必须注意以下几个问题 首先必须确保 EVM 周围 为没有任何气流 会人为降低您的实际测量值 通常情况下 我们可以使用某种屏障 比如用盒子把 EVM 围起来 这样就不会人为降低评估板温度 其次务必等待足够长的时间 以使结温达到稳定状态 在这样大小的评估板上 这一过程可能需要 15 到 20 分钟 在您等待足够长的时间 并确信结温已经稳定后 便可以进行准确的读数 另外要注意的是 我们这里的摄像头实际上 是用于测量外壳顶部温度 而不是测量精确的结温 为了从外壳温度得到结温 我们需要做一个非常简单的计算 如果我打开电源和负载 那么我们现在便一切设置妥当 可以开始测量外壳顶部的温度了 在这页幻灯片上 您可以看到在这两种不同封装方式上 所测得的两个温度之间的差异 很容易看出 SOIC 封装 比 QFN 封装的温度要低不少 这确实是这种 QFN 封装 很基本的一个缺点 在下一页幻灯片中 我们看看如何计算实际的结温 幻灯片底部的公式可以用来进行这种计算 要使用这个公式 我们需要功耗 还需要一个称之为 ψJT 的参数 ψJT 可以在器件的数据表中找到 而对于功耗 我们可以使用刚才在实验中 从数字万用表上读出的测量结果进行计算 因此在进行计算之后 我们看到 QFN 结温约为 65℃ 而 SOIC 结温约为 52℃ 差不多有 15 度的差异 这在许多应用中可能会产生很大的影响 总而言之通过选择合适的器件封装形式 您可以在拥有较小解决方案尺寸的同时 获得良好的散热性能 如果您需要 1.5A 的解决方案 或 600mA 的解决方案 可以了解一下LMR36015 或 LMR36006 有关更多信息请访问ti.com.cn 谢谢观看