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    測量高頻開關DC-DC轉換器中熱應力器件功率耗散的新方法

    —— A New Method for Measuring Power Dissipation in Thermally Stressed Decices of High-Frequency, Switch Mode DC-DC Converters
    作者:Yuming Bai 博士,高級系統工程師,Vishay Intertechnology, Inc.時間:2010-07-05來源:電子產品世界收藏

      引言

    本文引用地址:http://www.me-unplugged.com/article/110581.htm

      DC-DC的效率和功率損耗是許多電子系統的一個重要特征參數??梢詼y量出這些特征參數,并用下面的直觀方式進行表達:

      效率 = 輸出功率 / 輸入功率 (1)

      功率損耗 = 輸入功率-輸出功率 (2)

      但是對于每個元器件做為一個單獨熱源在損耗中所占的比重,這樣的結果沒有提供任何信息。我們的方法學能夠解決這個問題,從而讓設計者能夠更好地選擇針對其應用的最佳DC-DC實現方案。

      降壓的實例

      降壓中的主要熱源是高邊MOSFET、低邊MOSFET和電感器。如果我們使用電工學方法來判定高邊MOSFET的功率損耗,那么就必須測量漏極電流、漏源電壓、柵極電流和柵源電壓。不幸的是,如果不在電流路徑中引入額外的電感和干擾電路的正常工作,要在高頻DC-DC中測得這些數據是非常困難的。但借助熱成像攝像機,我們研究出一種求解每個熱源功率損耗的新方法,而且不會影響電路的工作。

      新方法的基本原理

      在一個電路中,將電能轉換為熱能的元器件是熱源。能量轉換成熱會增加熱源器件的和周圍環境的溫度。轉變成熱的能量就是元器件的功率損耗。整個溫升(DT)取決于功率損耗(P)和環境。對于一個在固定測試臺上的某塊PCB板,DT是功率損耗的唯一函數。因此,如果我們測量出DT,就可以推導計算每個熱源功率損耗的方法。

      為簡單起見,假設在PCB板上有兩個熱源(HS1和HS2)。HS1工作時不但使其自身的表面溫度會升高,也會提高HS2的表面溫度,對HS2來說也是如此。因此,每個熱源的最終DT可以用下面的等式來表示。

      這里,Sij (i, j=1,2)是熱敏感度系數,與熱阻的度數相同,Pi是每個熱源的功率損耗。

      等式(3)也可以擴展到N個熱源的情況。在這種情況下,每個熱源的溫升可以由下式給出:

      S是一個N×N的矩陣

      如果我們知道S的數值,就可以由下式得到每個熱源的功率損耗:

      假設Sij與溫度或電路的工作狀態無關,那么就可以由下式確定每個Sij:

      這里,DTi是第i個熱源的溫升,Pj是第j個熱源消耗的功率。所有其他器件都不起作用。


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