設計人員經常想測量直流開關電源的結溫。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)的結溫是一項重要且基本的要求。在許多應用中，重要的是在最大規(guī)定負載和環(huán)境溫度下測量結溫。

但是，由于熱像儀不準確，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系。

圖1這是使用PG N溝道MOSFET主體的降壓轉換器的框圖。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，以適應各種降壓應用。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體二極管測量結溫

PG引腳具有一個帶體二極管的內部N溝道MOSFET。為了準確測量結溫，必須校準正向二極管的電壓和溫度。請按照以下步驟進行校準：

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）膠粘到要測試的設備包裝的頂部。另一種方法是將浮動熱電偶焊接在被測設備附近。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，因此請使用盡可能小的傳感器。溫度傳感器不應充當小包裝的散熱器。使用導熱膠將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并進行測量。

4.測量氣候室內的正向二極管電壓與結溫的關系。

5.當設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，因為VIN會影響效率，因此也會影響器件溫度。不要在DC / DC轉換器輸出上連接負載。

6.使用評估板或定制PCB進行測量。

7.關閉設備。

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。

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

10.關閉設備。

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

12.將設備打開一小段時間，然后讀取萬用表上的電壓。

13.再次關閉設備。繼續(xù)為氣候箱選擇下一個溫度。

14.在最大期望負載和最大環(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：

該校準電壓相對于結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。檢查校準的可重復性。

相同類型的設備具有相似的斜率，但偏移量通常不同。

相似的設備通常具有略微不同的斜率。

可能會產生副作用，例如VOUT的微小變化。不應將其視為故障，因為結內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載下的結溫。

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)系以獲取產品指導。

實測校準曲線

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溫的關系曲線。PG二極管由外部1 mA電流源驅動，如圖1所示。

圖4EVQ4572-QB-00A上測得的校準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計算結溫：

二極管和熱像儀讀數

表1給出了結溫讀數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與熱像儀讀數進行了比較。資料來源：單片電源系統(tǒng)

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

攝像機被調整到0.95的發(fā)射率，非常適合包裝中的模塑料。組件之間的結溫不一致。例如，管芯內部的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，因此必須在最大結溫上加上很小的偏移量。

圖6-13顯示了對應于表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ILOAD= 0 mA時的測量結果。資料來源：單片電源系統(tǒng)

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

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

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

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

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

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

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

關于圖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方法簡化了設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，可靠和準確的結溫數據，而無需進行復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的應用工程師。

編輯：hfy