DC-DC轉換器的效率和功率損耗是許多電子系統的一個重要特征參數。可以測量出這些特征參數,并用下面的直觀方式進行表達:
效率 = 輸出功率 / 輸入功率 (1)
功率損耗 = 輸入功率-輸出功率 (2)
但是對于每個元器件做為一個單獨熱源在損耗中所占的比重,這樣的結果沒有提供任何信息。而我們的方法學能讓設計者更好地選擇針對其應用的最佳DC-DC實現方案。
二 降壓轉換器的實例
降壓轉換器中的主要熱源是高邊MOSFET、低邊MOSFET和功率電感器。如果我們使用電工學方法來判定高邊MOSFET的功率損耗,那么就必須測量漏極電流、漏源電壓、柵極電流和柵源電壓。不幸的是,如果不在電流路徑中引入額外的電感和干擾電路的正常工作,要在高頻DC-DC轉換器中測得這些數據是非常困難的。但借助熱成像攝像機,我們研究出一種求解每個熱源功率損耗的新方法,而且不會影響電路的工作。
三 新方法的基本原理
在一個電路中,將電能轉換為熱能的元器件是熱源。能量轉換成熱會增加熱源器件的和周圍環境的溫度。轉變成熱的能量就是元器件的功率損耗。整個溫升(?T)取決于功率損耗(P)和環境。對于一個在固定測試臺上的某塊PCB板,?T是功率損耗的唯一函數。因此,如果我們測量出?T,就可以推導計算每個熱源功率損耗的方法。
四
為簡單起見,假設在PCB板上有兩個熱源(HS1和HS2)。HS1工作時不但使其自身的表面溫度會升高,也會提高HS2的表面溫度,對HS2來說也是如此。因此,每個熱源的最終?T可以用下面的等式來表示。
Sij (i, j = 1,2)是熱敏感度一體成型電感公司系數,與熱阻的度數相同
Pi是每個熱源的功率損耗
等式(3)也可以擴展到N個熱源的情況。在這種情況下,每個熱源的溫升可以由下式給出。
S是一個N x N的矩陣
功率電感生產 如果我們知道S的數值,就可以由下式得到每個熱源的功率損耗。
假設Sij與溫度或電路的工作狀態無關,那么就可以由等式6確定每個Sij。
這里,DTi是第i個熱源的溫升,Pj是第j個熱源消耗的功率。所有其他器件都不起作用。
每次我們都使用簡單的直流技術給一個熱源供電,這樣就可以以非侵入式方式測量熱敏感度的系數。我們對被測器件(IC,MOSFET和電感器)施加直流電壓和電流,迫使器件開始消耗能量,然后測出Pj。然后我們使用熱成像攝像機測量表面溫度的?Ti,接著就可以用上面的等式(6)計算出Sij。
我們使用了新的方法學計算兩個降壓拓撲的主熱源:一個使用SiC739D8 DrMOS IC的集成式功率級,和一個使用兩個MOSFET的分立式功率級,在分立式功率級中,Si7382DP在高邊,Si7192DP在低邊。