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PCB表面贴装电源器件的散热设计

2019-07-14 08:39发布

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PCB表面贴装电源器件的散热设计:
1.系统要求:
　　VOUT=5.0V；VIN(MAX)=9.0V；VIN(MIN)=5.6V；IOUT=700mA；运行周期=100%；TA=50℃根据上面的系统要求选择750mA MIC2937A-5.0BU稳压器，其参数为：

　　VOUT=5V±2%(过热时的最坏情况)TJ MAX=125℃。采用TO-263封装，θJC=3℃/W；θCS≈0℃/W(直接焊接在电路板上)。


　　2.初步计算：

　　VOUT(MIN)=5V-5×2%=4.9VPD=(VIN(MAX)-VOUT(MIN))+IOUT+(VIN(MAX)×I)=[9V-4.9V]×700mA+(9V×15mA)=3W温度上升的最大值, ΔT=TJ(MAX)-TA = 125℃-50℃=75℃；热阻θJA(最坏情况):ΔT/PD=75℃/3.0W=25℃/W。

　　散热器的热阻, θSA=θJA-(θJC+θCS)；θSA=25-(3+0)=22℃/W(最大)。


　　3.决定散热器物理尺寸：

　　采用一个方形、单面、水平具有阻焊层的铜箔散热层与一个有黑 {MOD}油性涂料覆盖的散热铜箔，并采用1.3米/秒的空气散热的方案相比较，后者的散热效果最好。

　　采用实线方案，保守设计需要5,000mm2的散热铜箔，即71mm×71mm(每边长2.8英寸)的正方形。


　　4.采用SO-8和SOT-223封装的散热要求：

　　在下面的条件下计算散热面积大小：VOUT=5.0V；VIN(MAX)=14V；VIN(MIN)=5.6V；IOUT=150mA；占空比=100%；TA=50℃。在允许的条件下，电路板生产设备更容易处理双列式SO-8封装的器件。SO-8能满足这个要求吗？采用MIC2951-03BM(SO-8封装)，可以得到以下参数：

　　TJ MAX=125℃；θJC≈100℃/W。

　　5.计算采用SO-8封装的参数：

　　PD=[14V-5V]×150mA+(14V×8mA)=1.46W；升高的温度=125℃-50℃=75℃；热阻θJA(最坏的情况):

　　ΔT/PD=75℃/1.46W=51.3℃/W；θSA=51-100=-49℃/W(最大)。

　　显然，在没有致冷条件下，SO-8不能满足设计要求。考虑采用SOT-223封装的MIC5201-5.0BS调压器，该封装比SO-8小，但其三个引脚具有很好的散热效果。选用MIC5201-3.3BS，其相关参数如下：

　　TJ MAX=125℃SOT-223的热阻θJC=15℃/WθCS=0 ℃/W(直接焊在线路板上的) 。


　　6.计算采用SOT-223封装的结果:

　　PD=[14V-4.9V]×150mA+(14V×1.5mA)=1.4W上升温度=125℃-50℃=75℃；热阻θJA(最坏的情况):

　　ΔT/PD=75℃/1.4W=54℃/W；θSA=54-15=39℃/W(最大)。根据以上的数据，参考图1，采用1,400 mm2的散热铜箔(边长1.5英寸的正方形)可以满足设计要求。资料来源：一牛网论坛

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