通过模块电源的热测试，提升电源可靠性设计

图4 2R 模型

　　这样就可以根据公式RJX=(TJ-TX)/Ploss求出结点到环境的热阻RthJA（RthJA=RthJS+RthSA）。有关 RthJA的计算，这里只介绍一种简单的热模型（Compact thermal model）2R模型，即Two-Resistor Model。其理论依据如图4所示。

　　(2)

　　但是对于模块电源来说，我们一般把半成品封装在外壳里，其简要图形如图5所示。

图5 产品中功率器件结构图

　　图5中阴影部分为硅胶、树脂等灌封料，其作用主要有两个：一方面用于固定半成品；另一方面用于传导功率器件表面的温度（散热）。所以从结点到环境的热阻RthJA就可以表示为：

　　RthJA=[(RthJC1+RthC1E+RthEI+RthIC2+RthC2A)·(RthJT+RthTS+RthSB+RthBA)]/ [(RthJC1+RthC1E+RthEI+RthIC2+RthC2A)+
(RthJT+RthTS+RthSB+RthBA)] (3)

　　那么对应于消耗了功率Ploss时结点的温升就可以求出来了：

　　TJ=TA+Рloss·RthJA (4)

　　其中，TA是功率元器件几何中心在上表面的投影所点所对应的温度值。

　　不过，式(4)成立还需要满足以下条件：这个产品只有一个热点(hot points)或者多个热点（hot points）之间的热传导造成的影响很小或者可以忽略不计；该功率器件的热量只参与向上或者向下传递，而不考虑其他方向即满足2R法。

　　当存在多个热点并且温度分布不均时，这时候考虑更多的就是靠经验公式了。而经验公式也需要下面的方法来加以修正和完善。

　　2 直接测量法

　　对温升的测量，还有一种测量方法也是比较简单且现在常用的方法：直接测量法，即测量功率器件工作前以及达到热平衡后对应的温度差值。

　　理论上，我们只需要保证芯片附近的环境温度（TA）不超过结点温度（TJ）就可以使芯片正常工作。但是实际并非如此，TA这个参数是按照 JEDEC标准测试而得，实际上产品几乎不可能满足这种测试条件。因此，TA在这里对我们没什么意义。在这种情况下，保守的做法是保证芯片的壳体温度 Tc﹤TA-max，这样芯片还是可以正常工作的。但从可靠性的角度，我们最好要求Tc小于Tj-max按一定等级降额后的值。对Tc的测量现在常用的做法有三种。

　　（1）热示指法（Temperature indicators）：直接用以热试纸（Thermopaper）贴于功率器件的case处，根据热试纸表面的颜色读出此时对应的Tc值。这种方法比较简单，但是对于自然风冷的产品来说，贴上热试纸则不利于散热，实际测出的值应该是偏高的。

　　（2）红外成像法(Thermal Imagine)：利用红外成像的原理直接测量元器件在热平衡的条件下的表面温升。如Fluke公司的Ti20或者FLIR Systems公司的产品等。

图6 等温面