回路基板設計 - SMTパワーデバイスの熱設計

回路基板設計 - SMTパワーデバイスの熱設計

基板設計・基板加工メーカーが説明する基板設計～SMTパワー部品の放熱設計～

1. システム要件:

VOUT=5.0V； VIN(MAX)=9.0V； VIN(MIN)=5.6V； IOUT=700mA； 動作周期=100%； TA=50℃

上記のシステム要件に従って 750mA MIC2937A-5.0BU 電圧レギュレータを選択します。そのパラメータは次のとおりです。

VOUT=5V ± 2% (最悪過熱時)

TJ MAX=125℃。 TO-263パッケージ、θ JC=3℃/W；

θ CS ≒ 0 ℃/W (基板直付け)

2. 予備計算:

VOUT(MIN)=5V-5×2%=4.9V

PD=(VIN(MAX)-VOUT(MIN))+IOUT+(VIN(MAX)×I)=[9V-4.9V]×700mA+(9V×15mA)=3W

最大温度上昇 Δ T=TJ(MAX)-TA = 125℃-50℃=75℃； 熱抵抗 θ JA (ワーストケース): Δ T/PD=75℃/3.0W=25℃/W。

放熱器の熱抵抗 θ SA= θ JA-( θ JC+ θ CS)； θ SA=25 - (3+0)=22 ℃/W (最大)。

3. ラジエーターの物理的なサイズを決定します。

はんだマスク付きの正方形、片面、水平の銅箔放熱層が使用され、黒色の油性塗料で覆われた放熱銅箔と比較して、1.3 m/s の空気放熱が使用され、後者が最も放熱性が高くなります。 効果。

実線方式を採用し、保守的な設計には 5000mm2 の放熱銅箔、つまり 71mm × 71mm の正方形 (各辺が 2.8 インチ) が必要です。

4. SO-8 および SOT-223 パッケージの放熱要件:

次の条件で放熱面積を計算します。VOUT=5.0V; VIN(MAX)=14V; VIN(MIN)=5.6V; IOUT=150mA; デューティサイクル=100%; TA=50℃。 許容条件下では、回路基板製造装置は、デュアル SO-8 でパッケージ化されたデバイスをより簡単に処理できます。 SO-8 はこの要件を満たすことができますか? MIC2951-03BM (SO-8 カプセル化) を使用すると、次のパラメータを取得できます。

TJ MAX=125℃； θJC≒100℃/W。

5. SOT-223 カプセル化の結果を計算します。

PD=[14V-4.9V]×150mA+(14V×1.5mA)=1.4W

上昇温度=125 ℃ - 50 ℃=75 ℃;

熱抵抗 θ JA (最悪の場合):

Δ T/PD=75℃/1.4W=54℃/W；

θSA=54-15=39℃/W(最大)。 上記のデータによると、1400 mm2 の放熱銅箔 (一辺の長さが 1.5 インチの正方形) は、設計要件を満たすことができます。

6. SO-8 パッケージのパラメータを計算します。

PD=[14V-5V]×150mA+(14V×8mA)=1.46W；

上昇温度=125 ℃ - 50 ℃=75 ℃;

熱抵抗 θ JA (最悪の場合):

Δ T/PD=75℃/1.46W=51.3℃/W；

θSA=51-100=-49℃/W(最大)。

明らかに、SO-8 は冷蔵なしでは設計要件を満たすことができません。 SOT-223 でパッケージ化された MIC5201-5.0BS 電圧レギュレーターが検討されています。 パッケージはSO-8よりも小さいですが、その3つのピンは良好な放熱効果があります。 MIC5201-3.3BS が選択され、関連するパラメータは次のとおりです。

TJ MAX=125℃

SOT-223の熱抵抗θ JC=15℃/W

θ CS=0 ℃/W (基板直付け)。 基板設計・基板加工メーカーが基板設計～SMTパワー部品の放熱設計について解説します。