关于绝缘型反激式转换器的温度测量和损耗测量

　　关于绝缘型反激式转换器的性能评估，除了规格以外，需要确认的“重要检查点”进入“温度测量和损耗测量”相关说明。

• MOSFET的漏极电压和电流、及输出整流二极管的耐压
• 变压器的饱和
• Vcc电压
• 输出瞬态响应和输出电压上升波形
• 温度测量和损耗测量
• 电解电容器

本项将说明温度和损耗的测量与计算方法，其最主要的目的在于确认即使实际工作在最大温度条件时电源IC的结温（接合部温度）Tj也不会超过其最大额定Tjmax。最大额定值绝对不可以超过，因此也不会出现超过最大额定值的状况。如果超过最大额定值，元件寿命将明显缩短，甚至可能因此而受损。 此外，除了不超过额定值外，还要从可靠性的角度来了解实际Tj值，并进行降额。

之所以要同时检查损耗状况，是因为损耗＝发热。从容许损耗的角度来看，实际的损耗是否低于容许损耗是检查要点，最终的Tj到底是多少，才是检查的原点。只要掌握造成损耗的原因，就可以视情况改善损耗和降低发热。当然，这部分也和效率改善有关。

【检查条件】

输入电压：最大

负载电流：最大

环境：温度条件的上限

【检查要点】

电源IC的Tj是否未超过最大额定值

损耗是否低于技术规格所示的容许损耗

温度测量

本次的示例所使用电源IC为内置功率晶体管型，测量电源用IC的结温。另外，外置功率晶体管时，首要发热源就是外置的功率晶体管，要注意的是控制器IC的功率晶体管栅极驱动用的电流有时候不会变小。

那么，虽然必须知道结温Tj，但IC芯片大多封装采用树脂密封，而无法直接测量。因此，要基于周围温度Ta或外壳（封装）温度Tc的实测值和热电阻计算出Tj。右边的图是表示热电阻和温度的关系。θja是从接合处（芯片）到环境中的全热电阻，Tj为Ta＋自我发热，发热为热电阻×功率，通过基本成立的下方的公式计算出Tj。

热电阻相关，可以参照IC厂商提供的数据。技术规格等未记载时，请试着询问制造厂商。

在实际测量Ta或Tc时，才发现原来测量Ta其实并不容易。测量时，会利用热电偶测量周围的环境温度，但是发热体附近和距离发热体远的情况，两者温度根本不同。而且，实际测量的位置可能位在内部，或是启动冷却风扇让空气流动等，这样一来，到底哪个条件下测量到的环境温度才是Ta呢？虽然可以利用经验法则解决，但依旧是一个困难的问题。

对于上述Tc的测量情况，近年来，普遍会使用热成像或辐射温度计等，已经比以往简单许多。当然，也可以使用热电偶进行测量，但如此一来，热电偶必须接触到封装，会因为热电偶引发散热，难以正确测量到正确数值。另外，测量时千万不要利用胶带，将热电偶前端黏贴在封装上面。鉴于近年来情况，以利用红外线的非接触式温度计为最佳对策。

还有一点要注意，就是计算时，要使用封装哪一处的温度作为Tc。根据上面的封装图，就能够轻易知道答案，但功率晶体管正上方处和不太会功耗的控制芯片上方，两者的Tc是不同的。基本上，使用封装表面温度最高的数值。从这个意义上，热成像最为便利。至于热电偶方面，虽然还有其他更加细微的条件要求，但一般会在封装中央处进行测量。

损耗测量

取得热电阻、Tc或Ta的数值后，如果要代入上述公式进行计算，还必须先取得P数值，也就是功耗＝损耗（功率）。损耗直接以电压×电流来算出。例如，LDO线性稳压器中，（输入电压－输出电压）×（输出电流＋自我消耗电流）就是损耗的功率，但开关稳压器时，是利用开关，转换出所需要的功率，因此必须先算出平均功耗，而计算方式有些复杂。以下为原则上的计算公式。

基本上，平均功率P是指电流和电压的积与时间进行积分的值，再除以时间T。接着套用在实际开关上。1个周期大致上为OFF→ON（T1～T2）、ON期间（T2～Ｔ3）、ON→OFF（T3～T4）、OFF期间（T4～T5）一共4个状态，如同下图所示，分成4个区间进行计算。实际进行积分计算的时候，将使用积分公式。

在计算之前，必须先取得能够看出上述4个区间的时间、电压/电流的波形数据，尤其是能够充分了解波形移动时向上升/向下降的时间，与波形稳定不变时电压/电流关系为何的波形（参照右上波形数据）。之后，就可以将读取到的数值代入到公式内，进行计算。

总结

将经由测量和计算所取得的P，损耗（功耗），代入在上述的Tj计算公式内，算出Tj的数值。Tj的最大额定值为150℃，因此确认Tj是否低于该最大额定值。

容许损耗是经由右边的图表（摘录于BM2P013的技术规格，PCB ： 74.2mm×74.2mm×1.6mm 双层玻璃环氧树脂基板安装时）计算取得。就IC而言，Ta = 105℃在工作温度范围内，容许损耗约750mW。使用电源的工作温度达最大值时，就必须取得IC附近的Ta数值。不论是哪个温度条件，损耗低于容许损耗都是最低条件。

关键要点：

・元件（芯片）的接合温度（Tj）在额定值内，除了可靠性，也包括安全性等必须确认事项。

・温度可利用实测和热电阻的概念计算出来。

・损耗经由开关波形的观测和数学公式计算出来。

・容许损耗可以参照技术规格的图表，但最后仍须依照Tj值。