測量DC開關電源的接合溫度

設計者往往想測量DC開關電源的接合溫度。 這在溫度艙中特別困難,因為熱相機不準確,在高環境溫度下可能損壞,外部溫度傳感器也難以固定在小包上。 此應用程序說明將幫助讀者了解一種實際方法,通過演示如何使用功率品(PG)的MOSFET體積二極管實施直接讀出溫度測量方法來測量 IC 的接合溫度。 這是使用二極管電壓相對于溫度關系的一種直接電壓讀出法。

INTRODUCTION

在許多應用中,必須在規定的最大載荷和環境溫度下測量接合溫度,對接合溫度和最大允許溫度的差值的了解對每個行業部門都有意義,無論它是低成本的混集物產品、安全或生命維持應用。

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

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

縮略MPQ4572 MPQ4572 MPQ4572 MPQ4572是一個完全集成、固定頻率、同步的逐步下調轉換器,可以達到最高為2A的連續輸出電流,并具有峰值當前控件。該設備提供4.5V至60V的輸入電壓范圍,以適應各種逐步下調應用。在 PG 針上通過身體二極管(MOSFET的一部分)向前方向應用 1mA 當前源。(見圖1).

二極電壓相對于溫度曲線可以測量到EVQ4572-QB-00A評價委員會(見圖2)二極曲線的特征取決于溫度,而不是多氯聯苯的尺寸。

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

DESIGN PROCEDURE

電流好針有一個內置的 N 通道 MOSFET 和 身體二極管。 為了精確測量接合溫度, 必須對前二極管電壓和溫度進行校準 。 遵循以下校準步驟 :

斷開任何阻力器、微控制器或 PG 針的部件 。

在正在測試的設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試的設備附近焊接一個漂浮的熱電偶,貼近正在測試的設備(建議將這個熱電偶焊接到GND) 。 固定軟件包的溫度傳感器是一項要求很高的任務, 所以使用最小的傳感器。 溫度傳感器不應該作為小軟件包的熱匯。 使用熱導膠來修復軟件包的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

將精密多米與內置二極極測試功能和1mA電源連接到 PG 針上(見圖1和5)?？梢允褂幂^小的電流,但系統必須具有相同的電流,同時進行校準和測量。

在氣候艙中測量前二極管電壓與接合溫度關系。

測量設備在所需輸入電壓(V)下用供應電壓供電時的二元電壓(二元電壓)。IN確定哪個VINV 具有有效校準值,因為 VIN能夠影響效率,因此也可以影響設備溫度。DC/DC轉換器輸出。

與評價委員會或習慣多氯聯苯進行測量。

把裝置關掉

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

打開設備短時間, 并讀取多米上的電壓。 沒有負載, 交接點溫度不應大幅上升, 因為連接點的功率損失很低( 僅有幾毫瓦 ) 。 如果可能的話, 使用先進的非同步模式( AAM ) , 因為它在小負載下處于低射線下, 使用低射電流 。

把裝置關掉

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.

打開設備短時間,讀取多米上的電壓。

再次關閉設備。 繼續使用氣候室的下一個選定溫度 。

在最大理想負荷和環境溫度下測量前方二極管電壓。

考慮考慮的考慮

在測量PG前方電壓二極管時,要銘記以下各點:

此校準電壓對接合點溫度的斜坡幾乎是線性的。 對于最高精度, 請使用更多點和多元體適配功能。 請檢查校準是否可重復 。

同類型的裝置有相似的斜坡,但往往有不同的偏移。

類似的裝置一般會有略微不同的斜坡。

副作用,如小改動為VOUT這不應被視為失敗,因為連接點內結合的電流可能造成這種影響。

這一測量方法的主要優點是,前方二極管電壓可用于計算任何負荷下的接合溫度。

不需要溫度感應器。

請注意,并非每個部分都能使用PG別針測量當前情況;與部分制造商聯系,以獲得產品指導。

MEASURED CALIBRATION CURVE

圖4 圖4顯示一階 PG 前二線電壓對接點溫度圖,該圖具有線性功能。PG二極線由外部的 1mA 當前源驅動,顯示于圖1 圖1.

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

通過測量二極極電壓,可計算出接合溫度等式(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顯示測量的接合點溫度與包件 PG 底極部分的熱攝像頭相近。 相機方法顯示的溫度較低, 原因是連接點與包件頂部表面之間模子化合物的熱抗力。 相機被調整為0. 95 感應度, 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,小信號部分和 MOSFET 電源部分處于不同的位置。PG 轉發電壓二極管測量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這些測量都是使用EVQ4572-QB-00A進行的。

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)是審查完整系統中的部件和子系統的一種方法,目的是查明潛在故障模式及其影響和原因,每個部件都經過一個確定的程序測試,以模擬失靈部件或超出其名義價值規格的部件。每個失效部件都會影響整個系統的失靈模式。通過理解這些失靈模式的結果,設計者可以確定,由于選定部件,系統是否喪失了準確性,或者用戶或環境是否有潛在危險。

通過上述方法直接測量接合溫度,使設計師能夠很容易地獲得對接合溫度的精確溫度測量,即使在困難的操作條件下也是如此,DC開關電源的接合溫度往往是多氯聯苯上最溫暖的區域,這對FMAEA來說是有用的信息。

高度加速生命測試(HALT)

高度加速壽命測試(HALT)是在許多行業提高產品可靠性的測試,包括電子、醫療、計算機、汽車和軍用行業。 高速壽命測試(HALT)通常在某一部件或系統規定的最高操作溫度和機械振動水平之外進行。 本次測試的目的是了解一個系統的行為。

高度加速應激反應檢查(HASS)

在一種有效的生產篩選方法中,采用高速應激反應篩查(HASS),用以發現產品制造缺陷,HASS的目標是加速發現產品生命周期生產階段的制造缺陷,以減少相關故障。

CONCLUSION

這種直接的溫度讀出方法簡化了設計工程師在溫度室測試自定的多氯聯苯的過程,因為溫度室中無法使用熱攝像頭。 這種有用的方法可以實現快速、可靠和準確的接合溫度數據,而沒有復雜而且往往是時間密集的過程,例如固定設備包的溫度傳感器。

審核編輯：彭菁