摘要：在利用眾多有效手段進(jìn)行熱管理設(shè)計(jì)時(shí)，最關(guān)注的參數(shù)是結(jié)到環(huán)境的熱阻(ΘJA)。本文介紹ΘJA的測量方法，并簡述工作在空氣不流通環(huán)境下的電路熱管理設(shè)計(jì)。其中首要之處是仿真技術(shù)，該技術(shù)允許在硅器件處于工作狀態(tài)時(shí)對其結(jié)溫進(jìn)行直接測量。本文通篇均以采用了MAX1811線性電池充電器的電路作為實(shí)例進(jìn)行闡述。

結(jié)溫和熱阻的基礎(chǔ)知識(shí)

熱管理設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是限制集成電路的結(jié)溫。如表1所列的絕對最大額定值所示，所有集成電路生產(chǎn)廠家給出的參數(shù)中都包括最大工作結(jié)溫。因此，如果要使某一系統(tǒng)具備高性能和高可靠性1，電路板設(shè)計(jì)人員必須確保IC結(jié)溫不超過其絕對最大額定值。

表1. MAX1811極限參數(shù)中與溫度有關(guān)的數(shù)據(jù)，其結(jié)溫的絕對最大額定值為150°C

Continuous Power Dissipation (TA = +70°C)
8-Pin SO (derated 17.5mW/°C above +70°C)	1.4W
Operating Temperature Range (°C)	-40 to +85
Storage Temperature (°C)	-65 to +150
Maximum Die Temperature (°C)	+150
Lead Temperature (°C, soldering, 10 seconds)	+300

由于IC封裝使測量無法接觸到結(jié)點(diǎn)，因此直接測量IC結(jié)溫比較困難。作為一種替代方法，可以利用結(jié)到外殼的熱阻(ΘJC)和外殼到外部環(huán)境的熱阻(ΘCA)計(jì)算結(jié)溫，如圖1所示。在確定IC的結(jié)溫時(shí)，熱阻是最重要的參數(shù)：ΘJA = ΘJC + ΘCA。


圖1. 利用熱阻計(jì)算IC結(jié)溫的熱狀態(tài)電模型

未提供ΘJA的IC生產(chǎn)廠家多數(shù)會(huì)提供ΘJA的倒數(shù)，即功率耗散降額因子。例如，從表1可知，MAX1811的功率耗散降額因子是17.5mW/°C，17.5mW/°C的倒數(shù)是57°C/W，即ΘJA為57°C/W。

如果將溫度等效為電壓，將功率等效為電流，則圖1所示的熱模型類似于歐姆定律，下面以MAX1811以例，計(jì)算環(huán)境溫度為30°C，功耗為1W (PD)時(shí)的結(jié)溫(TJ)：

V=I*R (歐姆定律)
T = P*Θ (熱模型)

TJ = PD * (ΘJC + ΘCA) + TA
TJ = 1W * 57°C/W + 30°C
TJ = 87°C

為了更好地理解圖1所示的熱模型，有必要了解ΘJC和ΘCA的實(shí)際含義。ΘJC是從IC的封裝特性，如晶元尺寸、引線框架和外殼材料推導(dǎo)出來的。這些特性對于IC封裝來說，是特定不變的。而ΘCA則與通風(fēng)冷卻條件、封裝及安裝形式、走線寬度與外部散熱器等因素有關(guān)。所以，ΘCA表敬