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一种求解每个热源功率损耗的新方法

发布时间:2020-06-30 16:30:03 阅读: 来源:好神拖厂家

一 引言

本文引用地址:转换器的效率和功率损耗是许多电子系统的一个重要特征参数。可以测量出这些特征参数,并用下面的直观方式进行表达:

效率 = 输出功率 / 输入功率 (1)

功率损耗 = 输入功率-输出功率 (2)

但是对于每个元器件做为一个单独热源在损耗中所占的比重,这样的结果没有提供任何信息。而我们的方法学能让设计者更好地选择针对其应用的最佳DC-DC实现方案。

二 降压转换器的实例

降压转换器中的主要热源是高边MOSFET、低边MOSFET和电感器。如果我们使用电工学方法来判定高边MOSFET的功率损耗,那么就必须测量漏极电流、漏源电压、栅极电流和栅源电压。不幸的是,如果不在电流路径中引入额外的电感和干扰电路的正常工作,要在高频DC-DC转换器中测得这些数据是非常困难的。但借助热成像摄像机,我们研究出一种求解每个热源功率损耗的新方法,而且不会影响电路的工作。

三 新方法的基本原理

在一个电路中,将电能转换为热能的元器件是热源。能量转换成热会增加热源器件的和周围环境的温度。转变成热的能量就是元器件的功率损耗。整个温升(?T)取决于功率损耗(P)和环境。对于一个在固定测试台上的某块PCB板,?T是功率损耗的唯一函数。因此,如果我们测量出?T,就可以推导计算每个热源功率损耗的方法。

四 基本原理的推导

为简单起见,假设在PCB板上有两个热源(HS1和HS2)。HS1工作时不但使其自身的表面温度会升高,也会提高HS2的表面温度,对HS2来说也是如此。因此,每个热源的最终?T可以用下面的等式来表示。

Sij (i, j = 1,2)是热敏感度系数,与热阻的度数相同

Pi是每个热源的功率损耗

等式(3)也可以扩展到N个热源的情况。在这种情况下,每个热源的温升可以由下式给出。

S是一个N x N的矩阵

如果我们知道S的数值,就可以由下式得到每个热源的功率损耗。

假设Sij与温度或电路的工作状态无关,那么就可以由等式6确定每个Sij。

这里,DTi是第i个热源的温升,Pj是第j个热源消耗的功率。所有其他器件都不起作用。

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