设计人员经常需要测量直流开关电源的结温。这在温度试验箱中非常难于实现,因为热像仪不仅数据不准而且可能在高温环境下损坏,而外部温度传感器又很难固定在小尺寸封装上。本文演示了一种利用二极管电压与温度之间关系的直流电压读取方法,它使用电源正常指示 (PG) 引脚上的MOSFET 体二极管直接读出温度,为工程师提供了一种测量IC结温的实用方法。
在最大指定负载和环境温度下测量结温,对许多应用都很重要。本文将以带PG体二极管的MPS的MPQ4572为例进行说明,图2显示了其DC模块框图。
MPQ4572是一款全集成定频同步降压变换器,它采用峰值电流控制实现高达 2A 的连续输出电流。该器件输入电压范围为4.5V 至 60V,可以适应各种降压应用。我们通过 PG 引脚上的体二极管(MOSFET 的一部分)正向施加 1mA 电流源(见图 1)。
二极管电压与温度之间的关系曲线可以在EVQ4572-QB-00A评估板上测量得到(见图 2),也可以直接通过定制板测量得到。二极管的曲线特性取决于温度,而不是 PCB 板的尺寸。
电源正常指示 (PG) 引脚连接带体二极管的内部 N 沟道 MOSFET。要准确测量结温,必须先校准正向二极管的电压和温度。请按照以下步骤进行校准:
图3: 将热电偶焊接在PCB上
测量 PG 正向电压二极管时,请记住以下几点:
图 4 显示了具有线性拟合函数的一阶 PG 正向二极管电压与结温之间的关系曲线图。 PG 二极管由外部 1mA 电流源驱动,如图 1 所示。
图 4:EVQ4572-QB-00A 上测得的校准曲线
通过测量二极管电压,再利用公式(1)可以计算出结温:
voltage(TJ)=−0.8068×TJ×mV°C+592.88mVvoltage(TJ)=−0.8068×TJ×mV°C+592.88mV
表 1 直接比较了结温读数与视觉热像仪读数。环境温度通过PT1000铂电阻(28.0°C 时阻值为28.0°C)测量。
由表 1 可以看出,测得的结温与封装PG 二极管部分得到的热像仪数据差别不大。热像仪显示的温度稍低,这是由于结合点和封装顶面之间的塑封料热阻引起的。将热像仪的发射率调整到 0.95会比较适合封装的塑封料。组件之间的结温是不同的(例如,芯片内部的 PG 部分要比 MOSFET 部分温度低)。 图 5 为 PG 二极管部分和 MOSFET 部分的示意图。
如图5和图10所示,小信号部分和功率MOSFET部分位于不同的位置。PG 正向电压二极管测量 PG 位置的结温,因此必须将二极管温度与该位置的热像仪温度进行比较。由于 MOSFET 部分的温度相对高几度,因此必须将这部分小偏移量叠加到最大结温上。图 6至图13 显示了与表 1 对应的热像仪测量值。这些测量值均采用EVQ4572-QB-00A测得。
注意:
1) 2) 不推荐连续 2.5A 电流。
对系统安全和失效模式与影响分析(FMEA)来说,了解系统结温是一项重要且基本的要求。
在不能使用热像仪的情况下,这种直接温度读出法简化了设计工程师在温度试验箱中测试定制 PCB 的过程。工程师无需进行复杂且通常很耗时的操作,例如在器件封装上固定温度传感器,即可获得快速、可靠和准确的结温数据。
页面更新:2024-05-21
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