通過模塊電源的熱測試，提升電源可靠性設計

圖4 2R 模型

　　這樣就可以根據(jù)公式RJX=(TJ-TX)/Ploss求出結點到環(huán)境的熱阻RthJA（RthJA=RthJS+RthSA）。有關 RthJA的計算，這里只介紹一種簡單的熱模型（Compact thermal model）2R模型，即Two-Resistor Model。其理論依據(jù)如圖4所示。

　　(2)

　　但是對于模塊電源來說，我們一般把半成品封裝在外殼里，其簡要圖形如圖5所示。

圖5 產(chǎn)品中功率器件結構圖

　　圖5中陰影部分為硅膠、樹脂等灌封料，其作用主要有兩個：一方面用于固定半成品；另一方面用于傳導功率器件表面的溫度（散熱）。所以從結點到環(huán)境的熱阻RthJA就可以表示為：

　　RthJA=[(RthJC1+RthC1E+RthEI+RthIC2+RthC2A)·(RthJT+RthTS+RthSB+RthBA)]/ [(RthJC1+RthC1E+RthEI+RthIC2+RthC2A)+
(RthJT+RthTS+RthSB+RthBA)] (3)

　　那么對應于消耗了功率Ploss時結點的溫升就可以求出來了：

　　TJ=TA+Рloss·RthJA (4)

　　其中，TA是功率元器件幾何中心在上表面的投影所點所對應的溫度值。

　　不過，式(4)成立還需要滿足以下條件：這個產(chǎn)品只有一個熱點(hot points)或者多個熱點（hot points）之間的熱傳導造成的影響很小或者可以忽略不計；該功率器件的熱量只參與向上或者向下傳遞，而不考慮其他方向即滿足2R法。

　　當存在多個熱點并且溫度分布不均時，這時候考慮更多的就是靠經(jīng)驗公式了。而經(jīng)驗公式也需要下面的方法來加以修正和完善。

　　2 直接測量法

　　對溫升的測量，還有一種測量方法也是比較簡單且現(xiàn)在常用的方法：直接測量法，即測量功率器件工作前以及達到熱平衡后對應的溫度差值。

　　理論上，我們只需要保證芯片附近的環(huán)境溫度（TA）不超過結點溫度（TJ）就可以使芯片正常工作。但是實際并非如此，TA這個參數(shù)是按照 JEDEC標準測試而得，實際上產(chǎn)品幾乎不可能滿足這種測試條件。因此，TA在這里對我們沒什么意義。在這種情況下，保守的做法是保證芯片的殼體溫度 Tc﹤TA-max，這樣芯片還是可以正常工作的。但從可靠性的角度，我們最好要求Tc小于Tj-max按一定等級降額后的值。對Tc的測量現(xiàn)在常用的做法有三種。

　?。?）熱示指法（Temperature indicators）：直接用以熱試紙（Thermopaper）貼于功率器件的case處，根據(jù)熱試紙表面的顏色讀出此時對應的Tc值。這種方法比較簡單，但是對于自然風冷的產(chǎn)品來說，貼上熱試紙則不利于散熱，實際測出的值應該是偏高的。

　?。?）紅外成像法(Thermal Imagine)：利用紅外成像的原理直接測量元器件在熱平衡的條件下的表面溫升。如Fluke公司的Ti20或者FLIR Systems公司的產(chǎn)品等。

圖6 等溫面