電源IC技術的容許損耗設計問題

不論使用電源IC與否，使用IC時非得探討熱問題，切勿超過最大額定Tjmax（最大接合部溫度/結溫），并視情況進行散熱設計。特別是電源IC等解決大功率的IC或晶體管上可以說是非得的探討事項。針對“電源IC技術規格的解讀辦法”，本項接著說明“容許損耗”。

本項是“電源IC技術規格的解讀辦法”最后一項。“技術規格的封面”、“框圖”、“絕對最大額定和推薦工作條件”、“電氣特性的要點”、“特性圖表、波形的看圖辦法”、“使用電路例”、“部件選定”以及“輸入等效電路”已經說明，所有項目應當可以作為解讀技術規格并讓設計順利進行的提示，推薦全部瀏覽。

IC的容許損耗（適用于大多數電子部件），意指不超過其IC可維持性能的溫度的最大的功耗。例如，如果某電源IC的容許損耗為“1.2W”，則單純來說，在該條件下所損耗的功率只要不超1.2W即可。

以簡單的LDO穩壓器為例，其計算方式如下：

輸入為5V、輸出為3.3V、輸入電流（自我消耗＋負載）為0.7A時：（5V-3.3V）×0.7A＝1.19W

因而，可以判斷“勉強安全”。當然，實際上需要再仔細探討。

容許損耗基本上大多以圖表顯示，以下為圖表示例。

首先，從圖表的①2.66W的曲線可知，25℃為止可以容許2.66W，不過超過25℃以上的話容許損耗便直線式減少，此IC的最大工作Ta85℃則可以容許1.4W。

①～④是提示基板和面積的條件，容許損耗因安裝條件而異。此外，也顯示其條件下的熱電阻θj-a。近年許多電源IC為表貼封裝，容許損耗視安裝條件而有極大的不同，因此這類具體的條件提示是有用的。

有這些條件提示的話，本身設計只要以最近條件的容許損耗作為“參考”即可。之所以將“參考”兩字框起來，是想強調畢竟只是“參考”而已。關于這個將另外說明。

舉一例。如果②的基板條件相當接近，安裝基板的Ta上限為50℃的話，則知可容許1.4W弱的損耗。在上述LDO穩壓器例子中，可以取得0.8A左右。開關穩壓器時雖然計算有點麻煩，不過如果可以測量效率（輸出功率/輸入功率）的話，1－效率將變為損耗。如果為內置功率晶體管型的話以此便可以求得，不過外置功率晶體管型則非得只計算（測量）控制IC的損耗。當然，就電源電路而言，外置功率晶體管的熱計算是非得的。

那么，看了此圖表之后沒有留意到什么嗎？當然，此圖表由于提供了一般性充足的信息，因此有略微深讀之意。

（1）0℃～25℃為甚么容許損耗相同？

（2）Ta＝150℃且容許損耗為0W。

理論上（1）令人質疑。當周圍溫度下降時，在計算上應當可以增加功率損耗。（2）想必立刻留意到，由此可知Tjmax為150℃。因為無法完全功耗，故發熱為零，也就是Ta＝Tj的條件。

過去時而被問到（1）的問題，難得從圖表讀取了Tjmax，也有提供θj-a，那就以①的條件為例試算看看。

從Tj＝θj-a×pD＋Ta得47.0℃/W×2.66W（@Ta＝25℃）＋25℃＝150℃←Tjmax的條件

從150℃＝47.0℃/W×？W（@Ta＝0℃）＋0℃得3.19W←0℃的話計算上應當可以容許這一點損耗

其實，有關于此雖然眾說紛紜，不過想必是慣例，一般如果假設室溫為25℃的話，即使沒有通電Tj也有25℃，如果設定2.66W以上則通電瞬間有超過Tjmax的危險，因此25℃以下的容許損耗適用25℃的值應當比較安全。當然，寒冷地帶等沒有25℃以上，那是非常特殊的條件且只要有可靠的證據，容許損耗想必可以配合計算。

盡管有點脫軌，然而這里所要陳述的是，如果有提供容許損耗的圖表，利用上雖然沒有問題，不過務必得遵照求Tj的基本公式進行確認，而計算結果更應當以實測驗證。

曾經看過容許損耗圖表的數值和計算結果不合的圖表，對此，想必是將已降額的值作為容許值了。反之，如果所提供的容許損耗值正好是Tjmax的話，在其損耗條件下使用就可靠性而言等于是在最差條件下使用，工作壽命將會變短，故通常會降額，也就是取余量。也因此，對于所提示的信息依據有必要進行某程度的確認。

最后，說明將前述“參考”兩字框起來強調的理由。實際上，技術規格提示的基板條件極少數能與本身設計吻合。大多把目標放在“大致上接近”或“比這個好而比這個差”等。此外，甚至因功率設備并排于旁側或冷卻條件（風扇等）、框體或設定場所的關系等導致散熱、熱阻、Ta成為相當不確定要素，計算過于復雜的話有時無法驗證。因此，探討所提供的信息并確認計算，最后再進行實測的過程非常緊要。特別是近年安裝的高密度化，有時會有無法隨心所欲利用散熱空間或散熱器等情況發生。在電源設計時，希望能大家充足理解熱探討和熱設計是非探討不可的項目。

關鍵要點：

?不論是不是為電源IC都須確保沒有超過Tjmax。特別是高功率的電源IC更非得實行熱設計。

?容許損耗、封裝熱電阻、降額等條件提示的種類有如果可以，不論要怎么樣自我發熱和周圍溫度的和終究不超過Tjmax。

?技術規格提供的容許損耗或熱電阻為特定條件下的值，與本身設計的條件大多不會一致，故須作為參考值，務必以實機進行確認。

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