電路板設(shè)計(jì)-SMT功率器件的熱設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)要求：

VOUT=5.0V； VIN(MAX)=9.0V； VIN(MIN)=5.6V； IOUT=700mA； 工作周期=100%； TA=50℃

根據(jù)上述系統(tǒng)要求選擇750mA MIC2937A-5.0BU穩(wěn)壓器，其參數(shù)為：

VOUT=5V ± 2%（最壞的過(guò)熱情況）；

TJ MAX=125℃。 TO-263封裝，θ JC=3℃/W；

θ CS ≈ 0℃/W（直接焊接在電路板上）。

2、初步計(jì)算：

VOUT(最小值)=5V-5×2%=4.9V

PD=(VIN(最大值)-VOUT(最小值))+IOUT+(VIN(最大值)×I)=[9V-4.9V]×700mA+(9V×15mA)=3W

最大溫升，Δ T=TJ(MAX)-TA = 125℃-50℃=75℃；熱阻θ JA（最壞情況）：Δ T/PD=75℃/3.0W=25℃/W。

散熱器熱阻，θ SA= θ JA-( θ JC+ θ CS)； θ SA=25 - (3+0)=22 ℃/W（最大值）。

3、確定散熱器的物理尺寸：

采用方形、單面、水平方向的帶有阻焊層的銅箔散熱層，與覆蓋黑色油漆的散熱銅箔相比，采用1.3m/s空氣散熱，后者散熱效果最好 影響。

采用實(shí)線方案，保守設(shè)計(jì)需要5000mm2的散熱銅箔，即71mm×71mm的正方形（每邊2.8英寸）。

4、SO-8和SOT-223封裝的散熱要求：

計(jì)算以下條件下的散熱面積：VOUT=5.0V； VIN(MAX)=14V； VIN(MIN)=5.6V； IOUT=150mA； 占空比=100%； TA=50℃。在允許的條件下，電路板生產(chǎn)設(shè)備更容易處理采用雙SO-8封裝的器件。 SO-8能滿足這個(gè)要求嗎？ 使用MIC2951-03BM（SO-8封裝），可以獲得以下參數(shù)：

TJ MAX=125℃； θ JC≈100℃/W。

5、計(jì)算SOT-223封裝的結(jié)果：

PD=[14V-4.9V]×150mA+(14V×1.5mA)=1.4W

升溫=125℃—50℃=75℃；

熱阻 θ JA（最壞情況）：

ΔT/PD=75℃/1.4W=54℃/W；

θSA=54-15=39℃/W（最大值）。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，1400mm2的散熱銅箔（邊長(zhǎng)為1.5英寸的正方形）即可滿足設(shè)計(jì)要求。

6、計(jì)算SO-8封裝參數(shù)：

PD=[14V-5V]×150mA+(14V×8mA)=1.46W；

升高溫度=125℃—50℃=75℃；

熱阻 θ JA（最壞情況）：

ΔT/PD=75℃/1.46W=51.3℃/W；

θ SA=51-100=- 49 ℃/W（最大值）。

顯然，如果沒(méi)有制冷，SO-8就無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。 考慮采用SOT-223封裝的MIC5201-5.0BS穩(wěn)壓器。 封裝比SO-8小，但其三個(gè)引腳具有良好的散熱效果。 選用MIC5201-3.3BS，其相關(guān)參數(shù)如下：

TJ MAX=125℃

SOT-223熱阻θJC=15℃/W

θ CS=0℃/W（直接焊接在電路板上）。 電路板設(shè)計(jì)及電路板加工廠家講解電路板設(shè)計(jì)-SMT功率元件散熱設(shè)計(jì)。