現代 DC-DC 轉換器使用集成 MOSFET 的 PWM 控制器來實現 DC-DC 模塊的最高功率密度。由于功率MOSFET位于PWM芯片內部，因此它們會顯著影響器件的熱性能。因此，為了獲得最佳器件性能，在實際工作條件下確定PWM IC的熱降額特性至關重要。本文介紹如何構建和校準熱降額盒，以評估PWM控制器的熱性能。

介紹

在IC的評估階段，芯片的最終工作環境通常并不為人所知，并且該環境可能因應用而異。了解便攜式和非便攜式應用中的熱降額尤其重要，因為終端系統通常依賴于強制氣流進行冷卻。這就是為什么在具有內部MOSFET的脈寬調制（PWM）控制器的數據手冊中包含熱降額圖的原因。降額曲線顯示了在給定氣流和環境溫度條件下可以從芯片中獲取多少功率。

為了確保應用的熱環境不會使PWM控制器過載，可以使用熱降額圖來選擇合適的PWM IC。帶有熱降額盒的測試系統提供了一種評估PWM芯片熱降額性能的實用方法。

本文介紹如何構建和校準熱降額盒。兩個PWM控制器的測試結果顯示與實際工作條件非常匹配。

標準化熱測試

對于給定的模塊尺寸（包括散熱器）和給定的氣流，可以耗散的最大功率受物理場的限制。因此，可以估計熱性能。但是，如果沒有對IC測試環境的某種標準化控制，不同供應商和不同封裝的熱降額結果將不一致。

生成標準器件降額數據的一種方法是實際測量模塊在不同氣流和環境溫度條件下的熱性能。熱降額盒將有一個評估（EV）板，該板安裝在箱內，PWM IC和一個可以校準以獲得均勻氣流的風扇。測試結果將被發布并由設計人員使用，作為為最終應用選擇正確類型的模塊的基礎。

測試設備和校準

創建了一個標準的熱降額盒（圖1）。應調整包裝盒尺寸，使最大的評估板適合內部，并且包裝盒周圍有足夠的間隙。盒子的最小線性尺寸應為 1 英尺 x 1 英尺。該測試盒的高度應為 3 英寸以容納風扇。可以使用兩個或多個風扇來實現箱內均勻的氣流。箱體材料應具有低導熱系數;可以使用聚碳酸酯、聚丙烯或玻璃環氧板。厚度應至少為3.2mm，以提供剛性側面。

圖1.熱降額盒環繞評估板，保持氣流可預測，確保測量結果可重復。

將盒子水平放置在熱室內。使用平均氣流計（圖2）校準盒子，以測量盒子左側、中心和右側開口端的氣流，并確認盒子內的氣流是否均勻。將模塊放置在盒子中時，請確保風扇距離它至少 2 英寸。氣流可以通過使用電壓控制的變速風扇和增加或減少電壓來調節。

圖2.盒子開口端的氣流計測量氣流以校準后續的熱測量<

從標準評估板開始，可以安裝在更大的板上，方便處理和放置。將較大的板從盒子底部抬高至少 1 英寸，以確保板下方氣流均勻。

一旦盒子進入烤箱，您必須確定烤箱的氣流是否會影響降額盒內的氣流。如果烤箱的氣流確實影響了盒子的氣流，請在測試外殼上放置一個較大的盒子，以保持盒子內的均勻氣流。為了盡量減少干擾，請考慮安裝降額盒，其風扇氣流與烤箱的氣流成直角。

可以使用常見的緊固件和粘合劑來組裝盒子——只要確保它們能夠承受烤箱中的更高溫度即可。熱電偶可以放置在IC的幾何中心。但是，熱電偶與IC的連接非常關鍵，因為必須確保熱電偶不充當散熱器。最好的方法是使用最少量的熱環氧樹脂將熱電偶線連接到IC。

測量熱電偶輸出的儀表應電氣浮動，以便溫度讀數不受施加到IC的任何電壓的影響。熱電偶導線尺寸可以是30 AWG或更小，導線的布線應盡量減少對氣流的干擾。這同樣適用于來自被測電路板的電源和任何其他電線。

在實際進行器件測試之前，必須校準熱降額盒（見圖2）。表1顯示了空測試盒的校準數據，表2顯示了帶有評估板的測試盒的數據。數據圖如圖3a和3b所示。對于這兩種配置，在箱內測量幾乎均勻的氣流。

盒子準備好后，將評估板安裝在測試板上，并將所有東西放入熱室。運行腔室一段時間，以達到熱平衡。然后，評估板可以加載并運行，直到溫度讀數穩定。如果相隔5分鐘的兩個讀數變化不超過0.2°C，則可以假設已達到熱平衡。

最后，請注意，由于自然對流不穩定，尤其是在較高的IC溫度和較高的功率水平下，因此很難確定無氣流的熱降額。

圖 3a.當測試盒為空時，三個氣流測量值提供基線信息。

圖 3b.將評估板插入測試盒后，重復進行氣流測量，以識別氣流與空盒的差異。

測試結果

為了驗證測試箱的性能，我們進行了實驗，測量了兩個Maxim PWM IC（MAX15035和MAX8686）的熱性能。測試結果分別如圖4a和4b所示。MAX15035為15A降壓穩壓器，內置開關。MAX8686為單/多相、降壓型DC-DC轉換器，每相可提供高達25A的電流。MAX15035評估板有四層，尺寸為2.4英寸x 2.4英寸，銅2盎司，MAX8686評估板為六層，尺寸為3.5英寸x 3.0英寸，銅質為2盎司。

圖 4a.MAX15035的最大輸出電流與環境溫度的關系使用MAX15035評估板在測試盒中，可以確定三種不同氣流水平的熱降額曲線。

圖 4b.MAX8686的最大輸出電流與環境溫度的關系MAX8686的熱降額曲線顯示，在+50°C環境溫度下，控制器可以處理額定25A電流，氣流低至100 LFM。

通過捕獲這些真實數據，設計人員可以更準確地確定其應用所需的熱降額。從這些熱降額圖中，最終用戶可以為其應用選擇合適的器件。對于給定的環境溫度和氣流，該圖顯示了PWM IC在不超過芯片安全工作區域的情況下可以處理多少功率。如果PWM IC不符合應用的安全工作標準，則用戶必須增加可用于冷卻的氣流或改進散熱設計。

審核編輯：郭婷