背景信息

 

在最大指定負(fù)載和環(huán)境溫度下測量結(jié)溫，對許多應(yīng)用都很重要。本文將以帶PG體二極管的MPS的MPQ4572為例進(jìn)行說明，圖2顯示了其DC模塊框圖。 

 

圖 1：MPQ4572 中的 PG N溝道 MOSFET 體二極管

 

MPQ4572是一款全集成定頻同步降壓變換器，它采用峰值電流控制實(shí)現(xiàn)高達(dá) 2A 的連續(xù)輸出電流。該器件輸入電壓范圍為4.5V 至 60V，可以適應(yīng)各種降壓應(yīng)用。我們通過 PG 引腳上的體二極管（MOSFET 的一部分）正向施加 1mA 電流源（見圖 1）。

 

二極管電壓與溫度之間的關(guān)系曲線可以在EVQ4572-QB-00A評估板上測量得到（見圖 2），也可以直接通過定制板測量得到。二極管的曲線特性取決于溫度，而不是 PCB 板的尺寸。 

 

圖2: EVQ4572-QB-00A 4層評估板（8.9cmx8.9cm）

 

利用電源正常指示(PG)體二極管測量結(jié)溫

 

電源正常指示 (PG) 引腳連接帶體二極管的內(nèi)部 N 溝道 MOSFET。要準(zhǔn)確測量結(jié)溫，必須先校準(zhǔn)正向二極管的電壓和溫度。請按照以下步驟進(jìn)行校準(zhǔn):

 

1. 從 PG 引腳上斷開任何電阻、微控制器或其他部件。

2. 將一個(gè)溫度傳感器（例如小型 4 線PT1000）粘在要測量的器件封裝頂部。另一種方法是在被測器件附近焊接一個(gè)浮動(dòng)熱電偶（建議將此熱電偶焊接到 GND）。將溫度傳感器固定到封裝上是一項(xiàng)很費(fèi)力的工作，因此請使用盡可能小的傳感器。溫度傳感器也不應(yīng)作為小尺寸封裝的散熱器。使用導(dǎo)熱膠將 PT1000 溫度傳感器固定在封裝上，或?qū)犭娕贾苯雍附釉诰哂?EMC 靜電勢的電路板部分（例如 GND 或 VIN）（參見圖 3）。

 

圖3: 將熱電偶焊接在PCB上

 

1. 將內(nèi)置二極管測試功能和1mA電流源的精密萬用表連到PG引腳上（見圖1和圖5）。 也可以采用更小的電流，但系統(tǒng)在校準(zhǔn)和測量時(shí)必須具有相同的電流。

2. 在溫度試驗(yàn)箱中測量正向二極管電壓與結(jié)溫的關(guān)系。

3. 當(dāng)器件由低于所需輸入電壓 (VIN) 的電源電壓供電時(shí)，測量二極管電壓。確定哪些VIN值可以有效校準(zhǔn)，因?yàn)?VIN會(huì)影響效率，因此也會(huì)影響器件溫度。請勿在 DC/DC 變換器輸出上連接負(fù)載。

4. 用評估板或定制 PCB 板進(jìn)行測量。

5. 關(guān)斷器件。

6. 啟動(dòng)溫度試驗(yàn)箱（如設(shè)置為25°C），并確保外部溫度傳感器顯示穩(wěn)定的讀數(shù)。

7. 短時(shí)間啟動(dòng)器件，讀取萬用表上的電壓。在沒有負(fù)載的情況下，結(jié)溫不應(yīng)顯著升高，因?yàn)榻雍咸幍墓暮艿停ㄖ挥袔缀镣撸?如果可能，請使用高級異步模式 (AAM)，因?yàn)樵撃Ｊ皆诘拓?fù)載條件下具有較低的靜態(tài)電流。

8. 關(guān)斷器件

9. 將溫度試驗(yàn)箱設(shè)置為下一個(gè)選定的溫度，讓 PCB 溫度穩(wěn)定大約 20 至30 分鐘，具體時(shí)長取決于 PCB 的熱容量和尺寸。

10. 短時(shí)間啟動(dòng)器件，讀取萬用表上的電壓。

11. 再次關(guān)斷器件。繼續(xù)選擇下一個(gè)溫度試驗(yàn)箱溫度。

12. 測量最大所需負(fù)載和最大環(huán)境溫度下的正向二極管電壓。

 

測量 PG 正向電壓二極管時(shí)，請記住以下幾點(diǎn)： 

 

●     校準(zhǔn)電壓與結(jié)溫的斜率幾乎是線性的。為獲得最高準(zhǔn)確度，請使用更多測量點(diǎn)和多項(xiàng)式擬合函數(shù)。檢查校準(zhǔn)的可重復(fù)性。

●     相同類型的器件具有相似的斜率，但通常偏移量不同。

●     類似的器件通常斜率略有不同。

●     可能會(huì)產(chǎn)生一些副作用，如VOUT產(chǎn)生微小變化。這種情況不應(yīng)視為故障，因?yàn)榻狱c(diǎn)內(nèi)部的耦合電流也會(huì)產(chǎn)生此類影響。

●     這種測量方法的主要優(yōu)點(diǎn)是正向二極管電壓可用于計(jì)算任何負(fù)載下的結(jié)溫。

●     不需要溫度傳感器。

●     請注意，并非每個(gè)部件都可以使用 PG 引腳來測量電流。請聯(lián)系零件制造商獲取產(chǎn)品指南。

 

 測得的校準(zhǔn)曲線

 

圖 4 顯示了具有線性擬合函數(shù)的一階 PG 正向二極管電壓與結(jié)溫之間的關(guān)系曲線圖。 PG 二極管由外部 1mA 電流源驅(qū)動(dòng)，如圖 1 所示。 

 

圖 4：EVQ4572-QB-00A 上測得的校準(zhǔn)曲線

 

通過測量二極管電壓，再利用公式（1）可以計(jì)算出結(jié)溫：

 

 

將體二極管讀數(shù)與熱像儀讀數(shù)進(jìn)行比較 表 1 直接比較了結(jié)溫讀數(shù)與視覺熱像儀讀數(shù)。環(huán)境溫度通過PT1000鉑電阻（28.0°C 時(shí)阻值為28.0°C)測量。

 

表 1：PG 正向二極管溫度讀數(shù)與熱像儀數(shù)據(jù)

 

由表 1 可以看出，測得的結(jié)溫與封裝PG 二極管部分得到的熱像儀數(shù)據(jù)差別不大。熱像儀顯示的溫度稍低，這是由于結(jié)合點(diǎn)和封裝頂面之間的塑封料熱阻引起的。將熱像儀的發(fā)射率調(diào)整到 0.95會(huì)比較適合封裝的塑封料。組件之間的結(jié)溫是不同的（例如，芯片內(nèi)部的 PG 部分要比 MOSFET 部分溫度低）。 圖 5 為 PG 二極管部分和 MOSFET 部分的示意圖。 

 

圖5: MPQ4572封裝內(nèi)的MOSFET部分和PG部分

 

如圖5和圖10所示，小信號部分和功率MOSFET部分位于不同的位置。PG 正向電壓二極管測量 PG 位置的結(jié)溫，因此必須將二極管溫度與該位置的熱像儀溫度進(jìn)行比較。由于 MOSFET 部分的溫度相對高幾度，因此必須將這部分小偏移量疊加到最大結(jié)溫上。圖 6至圖13 顯示了與表 1 對應(yīng)的熱像儀測量值。這些測量值均采用EVQ4572-QB-00A測得。 

 

圖 6：ILOAD = 0mA 時(shí)的測量值

 

圖 7：ILOAD = 10mA 時(shí)的測量值

 

圖 8：ILOAD = 100mA 時(shí)的測量值

 

圖 9：ILOAD = 500mA 時(shí)的測量值

 

圖 10：ILOAD = 1000mA 時(shí)的測量值

 

圖 11：ILOAD = 1500mA 時(shí)的測量值

 

圖 12：ILOAD = 2000mA 時(shí)的測量值

 

圖 13：ILOAD = 2000mA (1)時(shí)的測量值

 

注意：

 

1) 2) 不推薦連續(xù) 2.5A 電流。 結(jié)論 對系統(tǒng)安全和失效模式與影響分析（FMEA）來說，了解系統(tǒng)結(jié)溫是一項(xiàng)重要且基本的要求。 在不能使用熱像儀的情況下，這種直接溫度讀出法簡化了設(shè)計(jì)工程師在溫度試驗(yàn)箱中測試定制 PCB 的過程。工程師無需進(jìn)行復(fù)雜且通常很耗時(shí)的操作，例如在器件封裝上固定溫度傳感器，即可獲得快速、可靠和準(zhǔn)確的結(jié)溫?cái)?shù)據(jù)。

 

來源：MPS

 

 

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