設(shè)計人員經(jīng)常想測量直流開關(guān)電源的結(jié)溫。從安全和故障模式以及效果分析（FMEA）的角度來看，了解系統(tǒng)的結(jié)溫是一項重要且基本的要求。在許多應(yīng)用中，重要的是在最大規(guī)定負(fù)載和環(huán)境溫度下測量結(jié)溫。

但是，由于熱像儀不準(zhǔn)確，在高溫環(huán)境下可能會損壞，因此在溫度室中通常很困難。而且，外部溫度傳感器難以固定在小包裝上。本文通過演示如何在電源良好（PG）引腳上使用MOSFET體二極管實現(xiàn)直接讀出溫度測量方法的方法，來描述一種測量IC結(jié)溫的實用方法。這是一種直接電壓讀取方法，它利用二極管的電壓和溫度關(guān)系。

圖1這是使用PG N溝道MOSFET主體的降壓轉(zhuǎn)換器的框圖。資料來源：單片電源系統(tǒng)

一個完全集成的固定頻率同步降壓轉(zhuǎn)換器（本例中為MPQ4572）可通過峰值電流控制實現(xiàn)高達2 A的連續(xù)輸出電流。該器件提供4.5V至60V的輸入電壓范圍，以適應(yīng)各種降壓應(yīng)用。通過PG引腳上的體二極管（MOSFET的一部分）在正向施加一個1 mA的電流源（圖1）。

可以使用EVQ4572-QB-00A評估板測量二極管電壓與溫度的關(guān)系曲線（圖2）。也可以直接從定制板上進行測量。在這里，重要的是要注意，二極管曲線的特性取決于溫度，而不是PCB尺寸。

圖2尺寸為8.9×8.9 cm的4層評估板用于測量二極管曲線特性。資料來源：單片電源系統(tǒng)

用PG體二極管測量結(jié)溫

PG引腳具有一個帶體二極管的內(nèi)部N溝道MOSFET。為了準(zhǔn)確測量結(jié)溫，必須校準(zhǔn)正向二極管的電壓和溫度。請按照以下步驟進行校準(zhǔn)：

1.斷開PG引腳上的任何電阻器，微控制器或其他部件的連接。

2.將溫度傳感器（例如4線PT1000）膠粘到要測試的設(shè)備包裝的頂部。另一種方法是將浮動熱電偶焊接在被測設(shè)備附近。建議將此熱電偶焊接到GND。將溫度傳感器固定在包裝上是一項艱巨的任務(wù)，因此請使用盡可能小的傳感器。溫度傳感器不應(yīng)充當(dāng)小包裝的散熱器。使用導(dǎo)熱膠將PT1000溫度傳感器固定到封裝上，或者使用熱電偶直接焊接到電路板上具有EMC安靜電位的部分（圖3）。

圖3將熱電偶焊接到PCB上。資料來源：單片電源系統(tǒng)。

3.將具有內(nèi)置二極管測試功能和1 mA電流源的精密萬用表連接到PG引腳，如圖1和圖5所示。可以使用較小的電流，但是系統(tǒng)在運行時必須具有相同的電流進行校準(zhǔn)并進行測量。

4.測量氣候室內(nèi)的正向二極管電壓與結(jié)溫的關(guān)系。

5.當(dāng)設(shè)備由低于所需輸入電壓（VIN）的電源電壓供電時，測量二極管電壓。確定哪些VIN值具有有效的校準(zhǔn)，因為VIN會影響效率，因此也會影響器件溫度。不要在DC / DC轉(zhuǎn)換器輸出上連接負(fù)載。

6.使用評估板或定制PCB進行測量。

7.關(guān)閉設(shè)備。

8.例如在25°C下啟動氣候箱，并確保外部溫度傳感器顯示穩(wěn)定的讀數(shù)。

9.短暫打開設(shè)備，然后讀取萬用表上的電壓。沒有負(fù)載時，結(jié)溫不應(yīng)顯著升高，因為結(jié)中的功率損耗很低（僅為幾毫瓦）。如有可能，請使用高級異步模式（AAM），以確保在小負(fù)載下具有低靜態(tài)電流。

10.關(guān)閉設(shè)備。

11.將氣候室設(shè)置為下一個選定的溫度，然后根據(jù)PCB的比熱容和尺寸，使PCB溫度穩(wěn)定約20至30分鐘。

12.將設(shè)備打開一小段時間，然后讀取萬用表上的電壓。

13.再次關(guān)閉設(shè)備。繼續(xù)為氣候箱選擇下一個溫度。

14.在最大期望負(fù)載和最大環(huán)境溫度下測量正向二極管電壓。

在測量PG正向二極管電壓時，請注意以下幾點：

該校準(zhǔn)電壓相對于結(jié)溫的斜率幾乎是線性的。為了獲得最高的精度，請使用更多的點和多項式擬合函數(shù)。檢查校準(zhǔn)的可重復(fù)性。

相同類型的設(shè)備具有相似的斜率，但偏移量通常不同。

相似的設(shè)備通常具有略微不同的斜率。

可能會產(chǎn)生副作用，例如VOUT的微小變化。不應(yīng)將其視為故障，因為結(jié)內(nèi)的耦合電流會引起此類影響。

這種測量方法的主要優(yōu)點是，可以使用正向二極管電壓來計算任何負(fù)載下的結(jié)溫。

不需要溫度傳感器。

請注意，并非每個部分都可以使用PG引腳來測量電流。請與零件制造商聯(lián)系以獲取產(chǎn)品指導(dǎo)。

實測校準(zhǔn)曲線

圖4顯示了具有線性擬合功能的一階PG正向二極管電壓與結(jié)溫的關(guān)系曲線。PG二極管由外部1 mA電流源驅(qū)動，如圖1所示。

圖4EVQ4572-QB-00A上測得的校準(zhǔn)曲線具有線性擬合功能。資料來源：單片電源系統(tǒng)

通過測量二極管電壓，可以使用公式1計算結(jié)溫：

二極管和熱像儀讀數(shù)

表1給出了結(jié)溫讀數(shù)和熱像儀之間的直接比較。使用鉑電阻類型PT1000（28°C下為1,109Ω）測量環(huán)境溫度。

表1將PG正向二極管溫度讀數(shù)與熱像儀讀數(shù)進行了比較。資料來源：單片電源系統(tǒng)

表1顯示，測得的結(jié)溫與封裝PG二極管部分上的熱像儀相當(dāng)。相機方法顯示出較低的溫度，這是由于結(jié)點與封裝頂表面之間的模塑料的熱阻所致。

攝像機被調(diào)整到0.95的發(fā)射率，非常適合包裝中的模塑料。組件之間的結(jié)溫不一致。例如，管芯內(nèi)部的PG部分比MOSFET部分更冷。圖5顯示了PG二極管部分和MOSFET部分。

圖5MPQ4572封裝的框圖重點介紹了MOSFET和PG部分。資料來源：單片電源系統(tǒng)

如圖5和圖10所示，小信號部分和功率MOSFET部分位于不同的位置。PG正向電壓二極管測量PG位置的結(jié)溫，因此必須將二極管溫度與該位置的攝像機溫度進行比較。由于MOSFET的溫度升高了幾度，因此必須在最大結(jié)溫上加上很小的偏移量。

圖6-13顯示了對應(yīng)于表1的相機測量值。這些測量值都是使用EVQ4572-QB-00A評估板獲得的。

圖6該圖顯示了當(dāng)ILOAD= 0 mA時的測量結(jié)果。資料來源：單片電源系統(tǒng)

圖7該圖顯示了當(dāng)ILOAD= 10 mA時的測量結(jié)果。資料來源：單片電源系統(tǒng)

圖8該圖顯示了當(dāng)ILOAD= 100 mA時的測量結(jié)果。資料來源：單片電源系統(tǒng)

圖9該圖顯示了當(dāng)ILOAD= 500 mA時的測量結(jié)果。資料來源：單片電源系統(tǒng)

圖10該圖顯示了當(dāng)ILOAD= 1,000 mA時的測量結(jié)果。資料來源：單片電源系統(tǒng)

圖11該圖顯示了當(dāng)ILOAD= 1,500 mA時的測量結(jié)果。資料來源：單片電源系統(tǒng)

圖12該圖顯示了當(dāng)ILOAD= 2,000 mA時的測量結(jié)果。資料來源：單片電源系統(tǒng)

圖13該圖顯示了當(dāng)ILOAD= 2500 mA時的測量結(jié)果。資料來源：單片電源系統(tǒng)

關(guān)于圖13所示的測量，值得注意的是，不建議持續(xù)使用2.5 A的電流。

這種直接的溫度讀數(shù)方法簡化了設(shè)計工程師在無法使用熱像儀的溫度室中測試定制PCB時的過程。它可以實現(xiàn)快速，可靠和準(zhǔn)確的結(jié)溫數(shù)據(jù)，而無需進行復(fù)雜且通常需要大量工作的過程，例如將溫度傳感器固定在器件封裝上。

Ralf Ohmberger是Monolithic Power Systems的應(yīng)用工程師。

編輯：hfy