模块电源的热测试

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



图7 正面热像图



图8反面热像图



图9 外壳表面温度图

图6～9是利用Ti20拍摄的金升阳公司12W产品的热图像。通过这些图片，我们不仅可以清晰地看出整体的热分布（相同的温度，所用的颜色是一致的），还可以借助其提供的软件分析每一个元器件此时对应的温度值，如几个温度相对较高的元器件的温度值分别如表1所示。
表1 功率器件损耗表



这种方法比较直观地分析了各功率器件的温升，以及温度的区域分布。通过PCB板上整体温度分布图，我们可以根据热点（hot points）调整不同元器件的分布，如发热量大的器件在PCB板上的布局应尽可能远离对温度敏感的元器件，像电解电容等，并且发热量大的元器件之间要有一定的距离，这样不至于形成新的热点(hot points)。

（3）热电偶法(Thermocouple)。实际中，产品的功率器件并不直接裸露在空气中，而是灌封或者塑封在一个金属外壳或者塑料外壳里，这样元器件的温升值就不能通过上面的两种方式来测得。此时我们可以采用热电偶法，具体做法如下：利用点温胶将热电偶固定在离功率器件的节点较近的外壳上，但是不要接触到金属外壳。然后将半成品连同热电偶一起封装起来，分别测量T1（工作前温度），T2（热平衡后温度）值。这种方法可以直接透过模块电源测量其内部功率器件的实际温度值，但由于用了点温胶，热电偶与功率器件的壳（c1）形成一个新的热阻，并且粘住的热电偶会传导壳（c1）部分热量，排除仪器的测量误差，实测温度值会比真实值小。

这三种温度测量方法是各有其优缺点的，实际使用过程中还要具体问题具体分析，但是直接测量法最有助于完善建模分析法中考虑欠佳的地方。