Buck电路器件发热异常调试思路分享

今天跟大家分享一下,buck电路中如果有器件异常发热时的调试思路。

  1. 首先我们需要量化发热情况,也就是需要实际测量出芯片壳温(Tc)或者结温(Tj)。壳温是芯片表面的温度,结温是芯片内部晶圆的温度。壳温和结温通常差距不大,一般测量的都是壳温,可通过热成像仪、热电偶等仪器测量。结温一般需要芯片有对应的功能才能测量,例如可通过I2C读取芯片结温,或者有读取结温的管脚等功能。
    测量出实际温度,才能作为芯片是否真的有异常发热的依据。“用手摸着烫”等感性指标不能作为判断依据。

  2. 需要确认芯片的工作状态,也就是要确保芯片工作稳定。如果芯片工作不稳定,很可能会使得电路有异常发热,此时应该先解决稳定性问题。调试器件发热问题要在电路工作稳定的前提下进行。一般可通过测量芯片的SW脚的波形来判断芯片是否稳定工作。SW是开关节点,也就是上管、下管、电感的交点。CCM模式下,无论芯片负载多大,SW的正常波形都是矩形波,且一般是频率固定的矩形波,如果芯片开启了抖频模式,则是频率在一定范围内变化的矩形波。DCM模式(包括AAM、PSM、burst mode等)下,重载时SW波形和CCM是一样的。

  3. 确认电路的效率、损耗。芯片规格书中一般都会提供效率曲线,可查找与自己设计的电路规格相同或相似的效率曲线,对比两者的差异。

    • 如果电路工作正常但是效率偏低,可能是某些器件选型不当或者参数配置不当。优化效率的方法可以看下面这篇文章:
      如何提高电源效率,降低发热
      对于集成MOS的buck转换器来说,要降低芯片的发热量,通常只能适当降低开关频率。如果BST电路串联了电阻,也可降低BST电阻的阻值。
    • 如果你设计的电路效率和规格书提供的效率差不多,损耗也差不多,说明电路大概率没有问题,那么此时有两个思路:1.优化效率、降低损耗 (降低发热)2.优化散热效果(增强散热)
      优化散热效果一般可以通过增大铺铜面积、增大板尺寸、增加铜厚、选择导热能力更强的PCB板材、加散热片、加风冷/水冷散热等方式来实现。通常来说增大铺铜面积是比较经济可行的方式。对于芯片来说,增大芯片周围的GND铺铜面积,且多打GND过孔将热量传递到PCB的其他层。对于其他器件来说,增大与其连接的铺铜的面积,必要时可在芯片其他层也进行相应网络的铺铜并通过过孔连接以增强散热。其他方式则会增加成本或者影响结构,可酌情选择。
  4. 如果以上方法仍不能解决问题或者难以用以上方法解决问题,可考虑选择效率更高(发热更小)、封装更大(散热更好)的芯片。

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