背景信息

 

在最大指定負載和環境溫度下測量結溫
，對許多應用都很重要。本文將以帶PG體二極管的MPS的MPQ4572為例進行說明
，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
，它采用峰值電流控製實現高達 2A 的連續輸出電流。該器件輸入電壓範圍為4.5V 至 60V，可以適應各種降壓應用。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係曲線可以在EVQ4572-QB-00A評估板上測量得到（見圖 2）
，也可以直接通過定製板測量得到。二極管的曲線特性取決於溫度
，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)體二極管測量結溫

 

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

 

1. 從 PG 引腳上斷開任何電阻、微控製器或其他部件。

2. 將一個溫度傳感器（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浮動熱電偶（建議將此熱電偶焊接到 GND）。jiangwenduchuanganqigudingdaofengzhuangshangshiyixianghenfeilidegongzuo，yinciqingshiyongjinkenengxiaodechuanganqi。wenduchuanganqiyebuyingzuoweixiaochicunfengzhuangdesanreqi。shiyongdaorejiaojiang PT1000 溫度傳感器固定在封裝上
，或將熱電偶直接焊接在具有 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，但係統在校準和測量時必須具有相同的電流。

2. 在溫度試驗箱中測量正向二極管電壓與結溫的關係。

3. 當器件由低於所需輸入電壓 (VIN) 的電源電壓供電時
，測量二極管電壓。確定哪些VIN值可以有效校準，因為 VIN會影響效率
，因此也會影響器件溫度。請勿在 DC/DC 變換器輸出上連接負載。

4. 用評估板或定製 PCB 板進行測量。

5. 關斷器件。

6. 啟動溫度試驗箱（如設置為25°C），並確保外部溫度傳感器顯示穩定的讀數。

7. 短時間啟動器件，讀取萬用表上的電壓。在沒有負載的情況下，結溫不應顯著升高，因為接合處的功耗很低（隻有幾毫瓦）。 如果可能，請使用高級異步模式 (AAM)

，因為該模式在低負載條件下具有較低的靜態電流。

8. 關斷器件

9. 將溫度試驗箱設置為下一個選定的溫度，讓 PCB 溫度穩定大約 20 至30 分鍾

，具體時長取決於 PCB 的熱容量和尺寸。

10. 短時間啟動器件
，讀取萬用表上的電壓。

11. 再次關斷器件。繼續選擇下一個溫度試驗箱溫度。

12. 測量最大所需負載和最大環境溫度下的正向二極管電壓。

 

測量 PG 正向電壓二極管時，請記住以下幾點： 

 

●     校準電壓與結溫的斜率幾乎是線性的。為獲得最高準確度，請使用更多測量點和多項式擬合函數。檢查校準的可重複性。

●     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。

●     可能會產生一些副作用，如VOUT產生微小變化。這種情況不應視為故障，因為接點內部的耦合電流也會產生此類影響。

●     這種測量方法的主要優點是正向二極管電壓可用於計算任何負載下的結溫。

●     不需要溫度傳感器。

●     請注意
，並非每個部件都可以使用 PG 引腳來測量電流。請聯係零件製造商獲取產品指南。

 

 測得的校準曲線

 

圖 4 顯示了具有線性擬合函數的一階 PG 正向二極管電壓與結溫之間的關係曲線圖。 PG 二極管由外部 1mA 電流源驅動，如圖 1 所示。 

 

圖 4：EVQ4572-QB-00A 上測得的校準曲線

 

通過測量二極管電壓，再利用公式（1）可以計算出結溫：

 

 

將體二極管讀數與熱像儀讀數進行比較 表 1 直接比較了結溫讀數與視覺熱像儀讀數。環境溫度通過PT1000鉑電阻（28.0°C 時阻值為28.0°C)測量。

 

表 1：PG 正向二極管溫度讀數與熱像儀數據

 

由表 1 可以看出，測得的結溫與封裝PG 二er極ji管guan部bu分fen得de到dao的de熱re像xiang儀yi數shu據ju差cha別bie不bu大da。熱re像xiang儀yi顯xian示shi的de溫wen度du稍shao低di，這zhe是shi由you於yu結jie合he點dian和he封feng裝zhuang頂ding麵mian之zhi間jian的de塑su封feng料liao熱re阻zu引yin起qi的de。將jiang熱re像xiang儀yi的de發fa射she率lv調tiao整zheng到dao 0.95會比較適合封裝的塑封料。組件之間的結溫是不同的（例如，芯片內部的 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部分位於不同的位置。PG 正向電壓二極管測量 PG 位置的結溫，因此必須將二極管溫度與該位置的熱像儀溫度進行比較。由於 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溫上。圖 6至圖13 顯示了與表 1 對應的熱像儀測量值。這些測量值均采用EVQ4572-QB-00A測得。 

 

圖 6：ILOAD = 0mA 時的測量值

 

圖 7：ILOAD = 10mA 時的測量值

 

圖 8：ILOAD = 100mA 時的測量值

 

圖 9：ILOAD = 500mA 時的測量值

 

圖 10：ILOAD = 1000mA 時的測量值

 

圖 11：ILOAD = 1500mA 時的測量值

 

圖 12：ILOAD = 2000mA 時的測量值

 

圖 13：ILOAD = 2000mA (1)時的測量值

 

注意：

 

1) 2) 不推薦連續 2.5A 電流。 結論 對係統安全和失效模式與影響分析（FMEA）來說，了解係統結溫是一項重要且基本的要求。 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計工程師在溫度試驗箱中測試定製 PCB 的過程。工程師無需進行複雜且通常很耗時的操作
，例如在器件封裝上固定溫度傳感器，即可獲得快速、可靠和準確的結溫數據。

 

來源：MPS

 

 

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