測(cè)量DC開關(guān)電源的接合溫度

設(shè)計(jì)者往往想測(cè)量DC開關(guān)電源的接合溫度。 這在溫度艙中特別困難,因?yàn)闊嵯鄼C(jī)不準(zhǔn)確,在高環(huán)境溫度下可能損壞,外部溫度傳感器也難以固定在小包上。 此應(yīng)用程序說明將幫助讀者了解一種實(shí)際方法,通過演示如何使用功率品(PG)的MOSFET體積二極管實(shí)施直接讀出溫度測(cè)量方法來測(cè)量 IC 的接合溫度。 這是使用二極管電壓相對(duì)于溫度關(guān)系的一種直接電壓讀出法。

INTRODUCTION

在許多應(yīng)用中,必須在規(guī)定的最大載荷和環(huán)境溫度下測(cè)量接合溫度,對(duì)接合溫度和最大允許溫度的差值的了解對(duì)每個(gè)行業(yè)部門都有意義,無論它是低成本的混集物產(chǎn)品、安全或生命維持應(yīng)用。

圖1 圖1 shows the DC block diagram of MPS’s MPQ4572 MPQ4572 MPQ4572 MPQ4572,它使用 PG 體二極管。此設(shè)備將用作此應(yīng)用程序注釋的示例。

圖1 圖1: PG N-Channel MOSFET Body Diode in the MPQ4572 MPQ4572 MPQ4572 MPQ4572

縮略MPQ4572 MPQ4572 MPQ4572 MPQ4572是一個(gè)完全集成、固定頻率、同步的逐步下調(diào)轉(zhuǎn)換器,可以達(dá)到最高為2A的連續(xù)輸出電流,并具有峰值當(dāng)前控件。該設(shè)備提供4.5V至60V的輸入電壓范圍,以適應(yīng)各種逐步下調(diào)應(yīng)用。在 PG 針上通過身體二極管(MOSFET的一部分)向前方向應(yīng)用 1mA 當(dāng)前源。(見圖1).

二極電壓相對(duì)于溫度曲線可以測(cè)量到EVQ4572-QB-00A評(píng)價(jià)委員會(huì)(見圖2)二極曲線的特征取決于溫度,而不是多氯聯(lián)苯的尺寸。

Figure 2: EVQ4572-QB-00A 4-Layer Evaluation Board (8.9cmx8.9cm)

DESIGN PROCEDURE

電流好針有一個(gè)內(nèi)置的 N 通道 MOSFET 和 身體二極管。 為了精確測(cè)量接合溫度, 必須對(duì)前二極管電壓和溫度進(jìn)行校準(zhǔn) 。 遵循以下校準(zhǔn)步驟 :

斷開任何阻力器、微控制器或 PG 針的部件 。

在正在測(cè)試的設(shè)備包上方粘貼溫度傳感器(例如小PT1000、4線)。

另一種方法是在正在測(cè)試的設(shè)備附近焊接一個(gè)漂浮的熱電偶,貼近正在測(cè)試的設(shè)備(建議將這個(gè)熱電偶焊接到GND) 。 固定軟件包的溫度傳感器是一項(xiàng)要求很高的任務(wù), 所以使用最小的傳感器。 溫度傳感器不應(yīng)該作為小軟件包的熱匯。 使用熱導(dǎo)膠來修復(fù)軟件包的PT1000溫度傳感器, 或者直接將熱電偶焊接到具有電離電離譜潛力的部分板上( 如 GND 或 V ) 。IN) (見圖3).

Figure 3: Soldering a Themocouple to the PCB

將精密多米與內(nèi)置二極極測(cè)試功能和1mA電源連接到 PG 針上(見圖1和5)?？梢允褂幂^小的電流,但系統(tǒng)必須具有相同的電流,同時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)和測(cè)量。

在氣候艙中測(cè)量前二極管電壓與接合溫度關(guān)系。

測(cè)量設(shè)備在所需輸入電壓(V)下用供應(yīng)電壓供電時(shí)的二元電壓(二元電壓)。IN確定哪個(gè)VINV 具有有效校準(zhǔn)值,因?yàn)?VIN能夠影響效率,因此也可以影響設(shè)備溫度。DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出。

與評(píng)價(jià)委員會(huì)或習(xí)慣多氯聯(lián)苯進(jìn)行測(cè)量。

把裝置關(guān)掉

Start the climate chamber (for example, at 25°C), and ensure that the external temperature sensor shows a stable reading.

打開設(shè)備短時(shí)間, 并讀取多米上的電壓。 沒有負(fù)載, 交接點(diǎn)溫度不應(yīng)大幅上升, 因?yàn)檫B接點(diǎn)的功率損失很低( 僅有幾毫瓦 ) 。 如果可能的話, 使用先進(jìn)的非同步模式( AAM ) , 因?yàn)樗谛∝?fù)載下處于低射線下, 使用低射電流 。

把裝置關(guān)掉

Set the climate chamber to the next selected temperature and let the PCB temperature settle for approximately 20 to 30 minutes, depending on the PCB’s specific heat capacity and size.

打開設(shè)備短時(shí)間,讀取多米上的電壓。

再次關(guān)閉設(shè)備。 繼續(xù)使用氣候室的下一個(gè)選定溫度 。

在最大理想負(fù)荷和環(huán)境溫度下測(cè)量前方二極管電壓。

考慮考慮的考慮

在測(cè)量PG前方電壓二極管時(shí),要銘記以下各點(diǎn):

此校準(zhǔn)電壓對(duì)接合點(diǎn)溫度的斜坡幾乎是線性的。 對(duì)于最高精度, 請(qǐng)使用更多點(diǎn)和多元體適配功能。 請(qǐng)檢查校準(zhǔn)是否可重復(fù) 。

同類型的裝置有相似的斜坡,但往往有不同的偏移。

類似的裝置一般會(huì)有略微不同的斜坡。

副作用,如小改動(dòng)為VOUT這不應(yīng)被視為失敗,因?yàn)檫B接點(diǎn)內(nèi)結(jié)合的電流可能造成這種影響。

這一測(cè)量方法的主要優(yōu)點(diǎn)是,前方二極管電壓可用于計(jì)算任何負(fù)荷下的接合溫度。

不需要溫度感應(yīng)器。

請(qǐng)注意,并非每個(gè)部分都能使用PG別針測(cè)量當(dāng)前情況;與部分制造商聯(lián)系,以獲得產(chǎn)品指導(dǎo)。

MEASURED CALIBRATION CURVE

圖4 圖4顯示一階 PG 前二線電壓對(duì)接點(diǎn)溫度圖,該圖具有線性功能。PG二極線由外部的 1mA 當(dāng)前源驅(qū)動(dòng),顯示于圖1 圖1.

圖4 圖4: Measured Calibration Curve on the EVQ4572-QB-00A

通過測(cè)量二極極電壓,可計(jì)算出接合溫度等式(1):

$$voltage(T_{J})=-0.8068 space xspace T_{J}space x space frac {mV}{oc} + 592.88mV $$

COMPARING A BODY DIODE READOUT TO A THERMAL CAMERA

表1 表1 shows a direct comparison between the readout of the junction temperature and a visual thermal camera. 縮略ambient temperature is measured with a platinum resistance type PT1000 (1109Ω for 28.0°C).

表1 表1: PG Forward Diode Temperature Readout vs. Thermal Camera

表1 表1顯示測(cè)量的接合點(diǎn)溫度與包件 PG 底極部分的熱攝像頭相近。 相機(jī)方法顯示的溫度較低, 原因是連接點(diǎn)與包件頂部表面之間模子化合物的熱抗力。 相機(jī)被調(diào)整為0. 95 感應(yīng)度, 適合包件的模子化合物。 連接溫度在部件之間不一致( 例如, 死亡部分中的PG 部位比 MOSFET 部位更冷 )。圖5 圖5顯示 PG 陰極部分和 MOSFET 部分。

圖5 圖5: MPQ4572 MPQ4572 MPQ4572 MPQ4572 Package with MOSFET and PG Section

THERMAL MEASUREMENTS UNDER DIFFERENT CURRENT LOADS

顯示于圖5和圖10,小信號(hào)部分和 MOSFET 電源部分處于不同的位置。PG 轉(zhuǎn)發(fā)電壓二極管測(cè)量PG 位置的接合溫度,因此二極管溫度必須與該位置的攝像溫度相比較。由于MOSFET 溫度較高幾度,必須在最大接合溫度中添加小的抵消。Figures 6–13顯示與表1 表1這些測(cè)量都是使用EVQ4572-QB-00A進(jìn)行的。

Figure 6: Measurements when ILOAD = 0mA

Figure 8: Measurements when ILOAD = 100mA

圖1 圖10: Measurements when ILOAD = 1000mA

圖1 圖12: Measurements when ILOAD = 2000mA

Figure 7: Measurements when ILOAD = 10mA

Figure 9: Measurements when ILOAD = 500mA

圖1 圖11: Measurements when ILOAD = 1500mA

圖1 圖13: Measurements when ILOAD = 2500mA (1)

注:

(1) 不建議連續(xù)2.5A電流。

APPLICATIONS

失靈模式和效果分析(FMAEA)

失靈模式和影響分析(FMEA)是審查完整系統(tǒng)中的部件和子系統(tǒng)的一種方法,目的是查明潛在故障模式及其影響和原因,每個(gè)部件都經(jīng)過一個(gè)確定的程序測(cè)試,以模擬失靈部件或超出其名義價(jià)值規(guī)格的部件。每個(gè)失效部件都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的失靈模式。通過理解這些失靈模式的結(jié)果,設(shè)計(jì)者可以確定,由于選定部件,系統(tǒng)是否喪失了準(zhǔn)確性,或者用戶或環(huán)境是否有潛在危險(xiǎn)。

通過上述方法直接測(cè)量接合溫度,使設(shè)計(jì)師能夠很容易地獲得對(duì)接合溫度的精確溫度測(cè)量,即使在困難的操作條件下也是如此,DC開關(guān)電源的接合溫度往往是多氯聯(lián)苯上最溫暖的區(qū)域,這對(duì)FMAEA來說是有用的信息。

高度加速生命測(cè)試(HALT)

高度加速壽命測(cè)試(HALT)是在許多行業(yè)提高產(chǎn)品可靠性的測(cè)試,包括電子、醫(yī)療、計(jì)算機(jī)、汽車和軍用行業(yè)。 高速壽命測(cè)試(HALT)通常在某一部件或系統(tǒng)規(guī)定的最高操作溫度和機(jī)械振動(dòng)水平之外進(jìn)行。 本次測(cè)試的目的是了解一個(gè)系統(tǒng)的行為。

高度加速應(yīng)激反應(yīng)檢查(HASS)

在一種有效的生產(chǎn)篩選方法中,采用高速應(yīng)激反應(yīng)篩查(HASS),用以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品制造缺陷,HASS的目標(biāo)是加速發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期生產(chǎn)階段的制造缺陷,以減少相關(guān)故障。

CONCLUSION

這種直接的溫度讀出方法簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)工程師在溫度室測(cè)試自定的多氯聯(lián)苯的過程,因?yàn)闇囟仁抑袩o法使用熱攝像頭。 這種有用的方法可以實(shí)現(xiàn)快速、可靠和準(zhǔn)確的接合溫度數(shù)據(jù),而沒有復(fù)雜而且往往是時(shí)間密集的過程,例如固定設(shè)備包的溫度傳感器。

審核編輯：彭菁