DC-DCコンバータ｜評価編
パッケージ選定時の熱計算例 1
2018.04.10
この記事のポイント
・損失を求めたのは熱設計を行うため。
・Tjが絶対最大定格を超えないように放熱対策をとる。
前回までは損失箇所を理解し、その損失を計算で求める方法を説明してきました。今回から、求めた損失から熱計算を行い、実使用条件で最大定格内にあるか否か、そして対処方法などを解説したいと思います。元々、損失（効率）を求める理由は、最終的にはICチップやトランジスタチップの接合温度Tjが最大定格を超えていないことを確認し、電源回路が要求条件下で確実かつ安全に動作すること確認するためです。
パッケージ選定時の熱計算例 1
「電源ICの電力損失計算例」で計算した結果を使います。確認のため、損失を計算した条件と損失の計算結果を示します。
熱計算は、最終的にICチップの接合温度Tjを求めることになります。ICのデータシートでは、許容損失のグラフが提供されていることが多いですが、許容損失も最終的にはTjに行き着きます。以下にTjの計算式を示します。この式は特別なものではなく、Tjを表す普遍的な式なのは言うまでないかと思います。
Tj＝Ta＋θja×P
Ta：周囲（雰囲気）温度 ℃、θja：接合部－周囲間熱抵抗 ℃/W、P：消費（損失）電力 W
計算に必要な情報として熱抵抗が必要になります。多くの場合ICのデータシートに条件とともに提示されています。以下は、データシートからの抜粋です。また、これらの条件での許容損失グラフも提供されています。
熱抵抗θjaが実装基板の層数によって異なることがわかります。今回は、1層基板を想定していたことで、「条件①」を使って計算をしてみます。
Tj＝Ta＋θja×P ⇒ 85℃＋189.4℃/W×1.008W＝275.9℃
Tjmaxは150℃ですので、結果は完全にアウトです。あえて式に数値を入れて計算しましたが、条件を並べているうちに、その結果は見えていました。許容損失グラフに加えてある損失1.008Wのラインは、すでに①の条件での許容を超えています。また、Ta＝85℃のラインと①の交点は、①の条件時の許容電力を示しており、1.008Wはこれを遥に上回っているの一目瞭然です。さらに言えば、θjaが189.4℃/Wであるとわかった時点で、損失が1.008Wではすでに発熱だけでTjmaxの150℃を超えているので、実際のところはこの条件では使えないことが計算前からわかります。
しかしながら、この計算により「何を、どのくらい、どうすれば良いか」がわかりますので、計算は必要です。
さて、要求仕様を満足しつつ設計を完成させるためには、熱対策をしなければならないことが判明しましたので、次回は対策の例を説明します。
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DC-DCコンバータ
基礎編
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- 昇圧電源の負荷短絡によるトラブルと保護回路 －はじめに－
- 昇圧型DC-DCコンバータの最大出力電流 －はじめに－
- リニアレギュレータの基礎
- スイッチングレギュレータの基礎
- DC-DCの基礎 ーまとめー
設計編
評価編
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損失の検討
- 同期整流降圧コンバータの制御IC消費電力損失
- 同期整流降圧コンバータのデッドタイム損失
- 同期整流降圧コンバータのゲートチャージ損失
- インダクタのDCRによる導通損失
- 電源ICの電力損失計算例
- 定義と発熱
- 同期整流降圧コンバータの損失
- 同期整流降圧コンバータの導通損失
- 同期整流降圧コンバータのスイッチング損失
- 損失の簡易的計算方法
- パッケージ選定時の熱計算例 1
- パッケージ選定時の熱計算例 2
- 損失要因
- スイッチング周波数を高めて小型化を検討するときの注意
- 高入力電圧アプリケーションを検討するときの注意
- 出力電流が大きいアプリケーションを検討するときの注意 その1
- 出力電流が大きいアプリケーションを検討するときの注意 その2
- 損失の検討 ーまとめー
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応用編
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リニアレギュレータを使った電源設計のポイント
- 例として使うリニアレギュレータICについて
- リニアレギュレータICの代表的なアプリケーション回路例
- 可変出力型リニアレギュレータICの出力電圧設定方法
- リニアレギュレータICのケルビン接続
- リニアレギュレータICの出力電圧誤差
- リニアレギュレータICの入出力電圧差と過渡応答およびリップル除去比の関係
- リニアレギュレータICの出力制御（EN）ピン
- リニアレギュレータICの出力コンデンサに関する注意点
- リニアレギュレータICの入力コンデンサに関する注意点
- リニアレギュレータICの負荷と起動に関する注意点
- リニアレギュレータの効率の求め方
- リニアレギュレータICの熱設計
- リニアレギュレータICの端子保護
- リニアレギュレータICのソフトスタート
- リニアレギュレータの電源オン時シーケンス
- リニアレギュレータの電源オフ時シーケンス
- リニアレギュレータICの突入電流
- リニアレギュレータICの過電流保護（OCP）
- リニアレギュレータICの過熱保護（TSD）
- リニアレギュレータICの入出力等価回路
- リニアレギュレータを使った電源設計のポイント－まとめー
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フローティング動作のリニアレギュレータを使った電源設計のポイント －はじめに－
- 例として使うリニアレギュレータICについて
- フローティング動作リニアレギュレータICによる電源回路例
- リニアレギュレータICの出力電圧設定方法
- ロードレギュレーションとフローティング動作リニアレギュレータのケルビン接続
- リニアレギュレータICの出力電圧誤差
- リニアレギュレータICの入出力電圧差と過渡応答およびリップル除去比の関係
- リニアレギュレータの出力コンデンサに関する注意点
- リニアレギュレータの入力コンデンサに関する注意点
- リニアレギュレータの出力リップル電圧増加の防止
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- リニアレギュレータの端子保護：出力電圧が入力電圧より高くなる場合
- リニアレギュレータの端子保護：出力負荷が誘導性の場合
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- リニアレギュレータの電源オフ時の特性
- リニアレギュレータの突入電流
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- フローティング動作のリニアレギュレータを使った電源設計のポイント －まとめ－
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