EDN China > 其它文章 > 电源技术 > AC-DC/DC-DC转换 > 正文
? 2016博客大赛-不限主题,寻找电子导师,大奖升级??

(多图) 测量高频开关DC-DC转换器中热应力器件功率耗散的新方法

: Yuming Bai 博士?? 高级系统工程师?? Vishay Intertechnology?? Inc.?? 2010年09月29日 ?? 收藏0

  引言

  DC-DC转换器的效率和功率损耗是许多电子系统的一个重要特征参数。可以测量出这些特征参数,并用下面的直观方式进行表达:

  效率 = 输出功率 / 输入功率???????? (1)

  功率损耗 = 输入功率-输出功率?? (2)

  但是对于每个元器件做为一个单独热源在损耗中所占的比重,这样的结果没有提供任何信息。而我们的方法学能让设计者更好地选择针对其应用的最佳DC-DC实现方案。

  

  降压转换器的实例

  降压转换器中的主要热源是高边MOSFET、低边MOSFET和电感器。如果我们使用电工学方法来判定高边MOSFET的功率损耗,那么就必须测量漏极电流、漏源电压、栅极电流和栅源电压。不幸的是,如果不在电流路径中引入额外的电感和干扰电路的正常工作,要在高频DC-DC转换器中测得这些数据是非常困难的。但借助热成像摄像机,我们研究出一种求解每个热源功率损耗的新方法,而且不会影响电路的工作。

  

  新方法的基本原理

  在一个电路中,将电能转换为

热能的元器件是热源。能量转换成热会增加热源器件的和周围环境的温度。转变成热的能量就是元器件的功率损耗。整个温升(?T)取决于功率损耗(P)和环境。对于一个在固定测试台上的某块PCB板,?T是功率损耗的唯一函数。因此,如果我们测量出?T,就可以推导计算每个热源功率损耗的方法。

  

  基本原理的推导

  为简单起见,假设在PCB板上有两个热源(HS1和HS2)。HS1工作时不但使其自身的表面温度会升高,也会提高HS2的表面温度,对HS2来说也是如此。因此,每个热源的最终?T可以用下面的等式来表示。

  

  (3)(3)

  • Sij (i, j = 1,2)是热敏感度系数,与热阻的度数相同
  • Pi是每个热源的功率损耗

  

  等式(3)也可以扩展到N个热源的情况。在这种情况下,每个热源的温升可以由下式给出。

  

 (4) (4)

  ?S是一个N x N的矩阵

  如果我们知道S的数值,就可以由下式得到每个热源的功率损耗。

  

  (5)(5)

  

  假设Sij与温度或电路的工作状态无关,那么就可以由等式6确定每个Sij

  

  (6)(6)

  这里,DTi是第i个热源的温升,Pj是第j个热源消耗的功率。所有其他器件都不起作用。

  

  每次我们都使用简单的直流技术给一个热源供电,这样就可以以非侵入式方式测量热敏感度的系数。我们对被测器件(IC,MOSFET和电感器)施加直流电压和电流,迫使器件开始消耗能量,然后测出Pj。然后我们使用热成像摄像机测量表面温度的?Ti,接着就可以用上面的等式(6)计算出Sij

  

  我们使用了新的方法学计算两个降压拓扑的主热源:一个使用SiC739D8 DrMOS IC的集成式功率级,和一个使用两个MOSFET的分立式功率级,在分立式功率级中,Si7382DP在高边,Si7192DP在低边。

  

  A.集成式降压转换器

  

图1显示了用于集成式降压转换器的EVB前端

  图1显示了用于集成式降压转换器的EVB前端。这里有4个热源:电感器(HS1),驱动IC(HS2),高边MOSFET(HS3)和低边MOSFET(HS4)。SiC739 DrMOS是一个单芯片解决方案,其内部包含的HS2、HS3和HS4靠得非常近。由于这里有4个热源,因此S是一个4x4矩阵。

  

图2显示了当低边MOSFET的体二极管是前向偏置时(AR0x Avg. => HSx),4个热源的温度。

  图2显示了当低边MOSFET的体二极管是前向偏置时(AR0x Avg. => HSx),4个热源的温度。

  

  如果 TA 为 23.3 ?C,那么,

  (7)

  (7)

  

  测得的电流I4和电压V4分别是2.14A和0.6589V。

  P4 = I4?V4 = 1.41W

  

  (8)

  使用公式(7)中的温度信息,我们可以得到Si4,(i=1,2,3,4)

  S14 = 5.82

  S24 = 9.29

  S34 = 9.5

  S44 = 16.2

  (9


上一页12下一页
?? ?? ??


打开微信“扫一扫”,打开网页后点击屏幕右上角分享按钮

1.扫描左侧二维码
2.点击右上角的分享按钮
3.选择分享给朋友
?? ??

DC-DC转换器? 高频开关? 功率耗散? Vishay?

相关文章

我来评论
美国的游客
美国的游客 ??? (您将以游客身份发表,请登录 | 注册)
?
有问题请反馈