9 熱設計の例

例は、このホワイト・ペーパーで説明したアイデアの一部を明確にするのに役立ちます。HSOIC パッケージの LMR33630 が使用されています。表 9-1 に、設計の詳細を示し、図 9-1 に、データシートから必要な情報を示します。

最初に、アプリケーション内の条件に対する効率を探します。正確な条件に対応する効率が見つからない場合は、表 3-1 の規則を使用して、近いデータを探し、補間します。25℃の周囲温度時には、約 87% の効率が見つけられ、これにはインダクタ損失も含まれます。この例では、これを 85% に低減し、周囲温度 85℃を考慮します。消費電力の計算値は、Equation2 を使用して、約 1.7W となります。Equation3 とデータシートに記載のインダクタ抵抗から、このパワーダウンを約 1.57W に修正します。次に、この例の条件で許容される最大 θ_JA を判定するため、Equation1 を再構成します。これにより約 25℃/W が得られます。慎重を期して 24℃/W を使用してください。Topic Link Label7.2 に示す表計算を使用して、例の値により、約 24℃/W の値に達するまで、PCB のサイズを調整します。これにより基板サイズ、約 4.84in²、または約 30cm² が得られます。比較すると、Equation5 の指針では約 25cm² の面積 (約 20% 小さい) が得られます。表 9-2 に結果をまとめます。図 9-2 に、熱画像カメラを使用した LMR33630ADDA 評価基板上での熱測定結果を示し、表 9-3 にその結果がまとめられています。計算による比較は、測定が 25℃で行われたことから、θ_JA に基づき行われます。このカメラのケース上部温度は約 56℃です。Equation6 を使用して、約 63℃の T_J が計算されます。Equation1 を再構成し、測定の際に周囲温度として 25℃を使用すると、θ_JA ≈ 24℃/W となります。

全評価基板面積は約 60cm² になるか、または 24℃/W の θ_JA を得るために必要なほぼ 2 倍になることに注意してください。これは、Topic Link Label7 で説明しているように、サーマル・フットプリントの概念を含め、若干の考慮が必要な状況です。評価基板上のインダクタは約 1.2cm x 1.2cm である一方で、HSOIC パッケージは約 0.5cm x 0.4cm です。これにより全面積は約 1.64cm² になります。これに 18 を乗じた場合 ( Topic Link Label6 を参照)、製品は約 29cm² です。この値は計算値に近く、この PCB 設計の有効な銅箔部分を表しています。図 9-2 の点線はこの領域を強調表示しています。図 9-2 を一目見るだけで、黒線内の領域は、ほとんど熱的なボトルネックが解消されており、有効な熱領域として「ほぼ正しい」と思われます。

前プロセスを、さまざまな方向から作業可能です。たとえば、任意の PCB 領域に基づき、許容される最大電力損失や周囲温度を判定したいと考えてもかまいません。前例が、任意のいずれかの状況で設計者が熱性能を推定するのに役立つ指針となることが望ましい状況です。