溫度是限制器件功率和性能的關鍵因素之一。任何功率類芯片應用工程師在設計時都要注意熱阻的問題。當θJC已經相對較低的時候,θJA的降低就尤為重要,而熱阻θJA是高度依賴于PCB的設計。下文以TSSOP28為例,通過幾個實驗,探討幾個因素對散熱的影響。下圖A是幾乎走線很少的理想板子,B是周邊走線,靠中間散熱pad和上下散熱,C是擴大散熱面積。
表右側是熱阻測試結果。
過孔相同的前提下,對5個大小相同的板子做對比,ABCD為4層板,對比結果如上圖。
結果上看到幾個結論
4層板比2層板有顯著散熱作用;
Dog bond對散熱的幫助,雖然從絕對值上看不大,但是隨著功耗的增加,相對比例上幫助散熱有不少作用,這個值得強調的是top層芯片左右是pin腳無法散熱,上下方向盡量不要走線,盡可能的增大dog bond面積。
頂部和底部的阻焊層散熱有作用;
鋪銅面積對散熱有幫助;
除了以上因素過孔的大小,數量和通孔結構也影響散熱,下圖展示2層板和4層板過孔對散熱的影響曲線。
從圖可以看出,過孔數量是有個平衡點的,太多的過孔未必能改善熱傳遞。另外這個是跟封裝尺寸有關的,以0.33mm(13mil)過孔為例,示例如下
另外散熱是die向周邊傳導,下圖是個2層板的熱輻射圖,供參考導熱設計。
原理圖設計對散熱的幫助:
除了PCB和散熱片設計,還有要關注電路的設計。帶電池的音箱為例,發熱量最大的兩個芯片是DC-DC升壓和功放。特別市場需求功率越來越大,例如功放輸出2X25W(THD+N=1%)的需求,需要電池升壓芯片到16V左右。
從電池電壓升壓到16V,并持續拉大電流時,芯片效率會隨著發熱上升而逐漸降低,并且本身壓差越大升壓芯片效率越低,效率越低發熱量就會繼續加大。
同樣功放的原理也是一樣,輸出端PWM波形的高低電平就是PVDD和GND,PVDD越高效率越低,功放越容易發燙。
所以如果PVDD電壓變低,既能解決DCDC的效率問題,也能解決功放的效率問題,一石二鳥的雙贏。要實現這個功能,可以利用ACM3108的CLASS H功能,這個功能的原理如下:
ACM3108根據音樂信號特點,提供了控制信號控制芯片的FB,從而控制升壓PVDD
隨著PVDD的變化,升壓和功放的效率雙雙提高,播放音樂時,整體發熱量大幅度降低,同時播放時長也得到40%左右的提高。
審核編輯:符乾江
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