电源管理电路设计时必需考虑的散热问题

针对我们的情况，VOUT=VLED+300mV，且效率大约为90%。这可以算出PFET占空比(1-D)为83%，NFET占空比为17%。RMS电感电流等式为：

其中ΔIL为峰到峰值电感电流，在我们的示例中大约为140mA，ILDC是通过ILED/(1-D)算出的平均电感电流。

开关中的总功耗变为NFET(RDS_ON=125mΩ) 的45mW加 PFET(RDS_ON=152mΩ)的265mW。此外，电流源的功耗为300mV×1.2A=360mW，使得内部总功耗达到668mW。数据表中给出的RJ-A为60℃/W，且来自4层JEDEC测试板(详见JESD51-7)。使用该RJ-A时，预测结温在TA=50℃时为83.4℃。这对器件将不构成问题，因为它低于150℃的热关机阈值，且低于LM3554数据表中指定的最大工作结温125℃。

在另一种情况下，可以将 LM3554设置为在同一闪光脉冲期间恒定输出+5V。300mV电流源净电压现在变为5V–3.6V=1.4V，导致电流源功耗为1.68W。假设器件在以1.2A电流提供5V电压时效率仍为90%，则占空比为35.2%，从而使直流电感电流1.85A具有288mA的ΔIL。NFET功耗现在为151mW，PFET功耗为338mW。总的内部功耗2.169W，在TA=50℃时会导致高达180℃的核心温度，这比热关机阈值高30℃，且比最大工作结温高55℃。

在现实中，该设备不会安装在4LJEDEC测试板上，而会安装在具有不同布线面的PCB上，它靠近消耗功率的其他元件，且到低层的过孔数也各不相同。所有这些应用变量，加之许多其他因素都会显著影响RJ-A，从而降低结温计算的准确度。

测量热阻抗(RJ-A和CJ-A）

我们需要的是代表实际电路的准确RJ-A。测量RJ-A有多种方法，一种方法是使用热关机阈值，将其设置为+150℃。要用这种方法测量RJ-A，我们可以让LM3554在已知功耗(PDISS)下工作，然后慢慢提高环境温度直到器件关机为止。该器件具有一个内部标志，可以通过I2C兼容接口设置，在触及热关机阈值时会返回‘1’。使用这种方法获得的RJ-A将为：

另一种方法是使用器件中的一个ESD保护二极管，并测量其VF与温度。相较而言这种方法稍微复杂一些，但得出的结果将更准确，这是因为VF可以在整个温度范围下进行表征。多数半导体器件的每个引脚上都有ESD二极管，其阳极连接至GND，阴极连接至各自的引脚。

为了测试 LM3554，我们可以查看LEDI/NTC 引脚，并从该引脚拉出小电流(< 10mA)，同时让温度变化。每个引脚的最大绝对额定值最小为-0.3V，但那是由于ESD二极管在最高结温 +150℃时的VF而引致的。如果将电流限制为小于10mA，我们可以在不损害器件和增加任何自热的情况下查看二极管的VF。从+25℃到+125℃，该引脚的测量结果产生线性响应，斜率大约为1.3mV/℃。一旦这项工作结束，就可以在测量所选 ESD 二极管VF 的同时，让器件在已知功耗下工作。当VF 达到稳态时，RJ-A 将为：

其中VF@TA是ESD二极管在TJ=TA时的VF，VF@SS是ESD二极管在已知功耗(PDISS)下TJ达到稳定状态温度之后的VF。

最后一种方法是使用MOSFET的导通电阻随温度而发生的变化。这种方法是在器件处于上电模式时使用内部PFET来完成。LM3554上的上电模式是指器件停止开关并持续打开PFET。如果VIN升至比VOUT高150mV时就会出现这种情况。在那时，升压转换器无需提升VOUT，而PFET会使VIN直接到VOUT 。

因为电流有些轻微依赖MOSFET的导通电阻，所以有必要在电流接近目标闪光电流时测量 PFET电阻。使用大测试电流的问题是它们可能导致器件发热。克服此问题的方法是将闪光超时时间设置为最低 32ms，并在示波器上测量PFET的电压降。在+25℃到+125℃的情况下，使用1.2A闪光电流，结果显示的斜率大约为 0.42mΩ/℃ 。要注意的一个事情是PFET通过VOUT引脚供电，因此VOUT=5V时，其导通电阻会低于VOUT=3.9V时的电阻值。

使用上述三种方法，当PDISS=1.67W时，使用热量关机测量法得出的结果为45℃/W，使用ESD二极管VF测量法得出的结果为 42℃/W，使用PFET导通电阻法测量的结果为48℃/W。图3显示了在0.856A闪光LED测试电流脉冲期间，PFET的导通电阻以及ILED/NTC的ESD二极管的VF。器件的VIN设置为5V，超时时间设置为1024ms。VLED为3.18V时，使得该电压强制 LM3554 进入上电模式。在这种模式下，功耗完全由PFET和电流源导致。

图 3. 闪光脉冲期间 LM3554 PFET 的导通电阻和 LEDI/NETC 的 ESD 二极管。

在稳态下，LEDI/NTC的ESD二极管的VF为-622mV，对应结温 95.2℃(环境温度为25℃时）。在稳定状态下，测得的PFET导通电阻为154mΩ，对应结温105℃。图3 还描绘了LM3554的热容。VF和RPMOS的响应表现呈现类似于一阶RC的指数级上升，计算等式如下：

热容则为：