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2.2.2 DC/DC热耦合及热性能表征
厚膜DC/DC内部与热密切相关的12个内装元器件列于表2-1,有控制升压或降压的变压器、控制转换效率的脉宽调制器(PWM)、三端稳压器、反馈输出电压波动信息并控制PWM脉宽使其输出电压稳定的光耦合器、通过开关特性提高变压器工作效率的VDMOS开关管、整流及滤波的肖特基二极管(SBD)、输入/输出滤波电容器(MLCC)、输入/输出滤波电感器、限流厚膜电阻R、电源辅助三极管(BJT)等。
表2-1 厚膜DC/DC12个内装元器件
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厚膜DC/DC是典型的多热源组件,其热性能表征包括每一个内装元器件的温度,且内装元器件的高密度组装,使得元器件之间的热耦合效应明显,耦合热阻亦是厚膜DC/DC热阻的组成部分。由式(1-18)和式(1-19)可知,含12个主要元器件的厚膜DC/DC的稳态热性能表征如下。
1.厚膜DC/DC温度矩阵[TJ]12
以主要内装器件的结温和元件热点温度,表征多热源DC/DC的温度分布状态和多热源特性。
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2.厚膜DC/DC结-壳热阻矩阵[θJC]12× 12
以DC/DC主要内装元器件的自热传导热阻及相互之间的耦合热阻,表征多热源DC/DC的热传导能力、热源之间的热耦合效应。
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则由式(1-20),采用结-壳热阻[θJC]12×12,多热源DC/DC的温度矩阵可表示为:
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3.厚膜DC/DC结-环热阻矩阵[θJA]12×(12+1)
以主要内装元器件的自热传导热阻、耦合热阻和封装外壳与周边大气环境的对流换热热阻,表征多热源DC/DC的热传导能力、热源之间的耦合效应和封装外壳的对流换热能力。
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则由式(1-24),采用结-环热阻[θJA]12×12,多热源DC/DC的温度矩阵可表示为:
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4.最高允许壳温TCM
TCM是DC/DC的最高允许壳温,针对壳温使用的极限控制,在TCM条件下工作,DC/DC内装元器件的温度不应超过各自规定的绝对最大额定结温TCM或热点温度THS。DC/DC的TCM在产品DATASHEET或详细规范中规定。
由上述热性能表征,厚膜DC/DC的12个元器件的结温向量可表示为:
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或
[TJ]12=[θJC]12×12·[PD]12+TC
其中,第i个器件结温或元件热点温度由下式计算:
TJ,i=θi,1PD1+θi,2PD2+…+θi,kPDk+…+θi,12PD12+TC,i=1,2,…,12