三端集成稳压器稳态热阻测试方法的探究

梅青

摘 要：三端集成稳压器产品自问世以来，由于难以将器件的热敏感参数与器件的结温建立相应的函数关系，所以不能像二极管或三极管一样通过PN结的正向与结温的线性关系来测试三端集成稳压器产品的稳态热阻;由于不能有效测试三端集成稳压器产品的热阻，所以在产品的生产试验过程中，不能够准确地判断出产品的额定功率和工作结温。本文通过在三端集成稳压器内部电路寻找与器件结温呈线性关系的热敏感参数，然后采用与二极管类似的测试方法对三端集成稳压器的热阻进行测试。

关键词：集成稳压器;稳态热阻;热敏感系数

0 引言

三端集成稳压器产品在电源系统中有着广泛的运用，其具有使用方便、性能可靠等优点。三端集成稳压器产品是一种功率器件，同时其器件本身内设过热保护功能，如果三端集成稳压器产品的功率加载过大，则容易使器件的结温超过器件本身的过热保护工作点，器件在高温环境中工作时更容易触发其过热保护功能。所以为了保证集成稳压器器件的正常工作，设计时必须要根据器件的额定功率设计其器件本身的功率，否则将导致器件不能正常工作。

半导体器件的额定功率，可见如果器件的热阻越大，其额定功率越小，越不利于产品的散热。

所以在三端集成稳压器产品研制生产过程中，应该尽可能控制器件的热阻越小越好，但是在实际生产过程中，由于难以将器件的热敏感参数与器件的结温建立相应的函数关系，所以集成稳压器热阻测试相较于二极管等器件较难;通过查阅资料[1]，德州仪器公司提供了一种通过器件的过热保护模块功能测试稳压器热阻的方法，通过该方法确实能测的集成稳压器的热阻，但操作性不强。

为了找到一种便于操作的测试方法，笔者通过参考二极管稳态热阻测试方法，探究了一种测试集成稳压器产品热阻的方法。

1 二极管稳态热阻测试方法

硅二极管的正向压降VF与PN结温度TJ在一定的温度范围内呈线性关系，所以△VF与△TJ是的比值是一个常数，这个常数称为温度系数，用符号K表示，可得公式：

（2）式中TA可以直接测出（一般按环境温度25℃计算），P可以根据通过测量二极管两端的VF和流过二极管的电流I得到，而比较难以测量的就是二极管的结温TJ，通过（1）式中，便可以将TJ的测试转换为VF的测试，这就变得容易许多。

所以测试二极管的热阻时，只需要测试正向压降变化量和K系数就可以很容易测试。

2 集成稳压器K系数的确定

参考二极管稳态热阻的测试方法，如果欲通过同样的方式测试集成稳压器的稳态热阻，最关键的是找到与温度呈线性关系的热敏电压值。

以CW78XX产品为例，用万用表测量集成稳压器某两个引脚之间的压降（常见的是GND—VIN之间），往往能得到0.6V左右之间的电压值（笔者将该电压记为VFGI），类似于测到PN结的正向导通压降。基于这一现象，笔者认为可以尝试采用GND—VIN之间压降作为温度敏感参数进行集成稳压器的热阻测试。

结合CW78XX产品的电原理图（如下图1所示），明确GND—VIN之间的压降主要是二极管DZ1和电阻R4的压降，如果将R4当作DZ1的内阻，完全可以将其等效为一个二极管模型进行考虑;

利用T3Ster设备测试VFGI随温度的变化值，笔者发现VFGI与温度呈线性关系变化;如下图2所示;

笔者测量了2只CW7810和3只CW7812的VFGI—T的关系，其系数K值依次如下表1所示;

结合上述测试结果，可见采用GND-VIN之间的压降VFGI作为集成稳压器的温度敏感参数是可行的。

3 集成稳压器稳态热阻的测试

当明确了温度敏感参数后，便可根据温度敏感参数确定器件工作时的TJ，再根据热阻的定义，就可以得到三端集成稳压器的稳态热阻为：

所以，欲测试集成稳压器的热阻，除了找到热敏感参数外，还需要在集成稳压器上加载功率，并在加载功率达到稳态后测量VFGI2;

根据三端集成稳压器应用的相关知识，欲在三端集成稳压器上加载功率需要在稳压器的输入端加载大于输出电压至少2V的输入电压，同时，在输出端和接地端之间加载负载，此时要在加电的同时（或断电瞬间）测试VFGI是比较困难的，现有的设备T3Ster不能满足这样的加电要求。所以笔者退而求其次，采用另一种加载功率的方式。

在上述文中已经提过，三端集成稳压器的GND-VIN之间相当于二极管与电阻的串联，所以在加载功率时足以可以通过该二极管加电对芯片进行加功率。加电电路如下图2所示;当采用该方式对芯片进行加载功率时，便可采用T3Ster设备进行测试。

图2中IF为加热电流，IM为VFGI采样电流，测试时要求>>，IF工作时，IM断开，到达稳态时，IF停止加电，IM开启，通过电压表测试此时的电压即为VFGI。

利用该方式，笔者测试了CW7810的热阻，得到其典型热阻曲线如下图3所示;

笔者测试了不同封装、不同型号的三端集成稳压器产品的Rth（j-a），得到其不同的热阻值如下表2所示;

从表2看，TO-220封装的三端集成稳压器结到环境的稳态热阻值小于TO-257（或TO-257A）封装的结到环境稳态热阻值。笔者分析是因为TO-220封装的产品，热量除了从底座散热外，还可以从周围的塑料散热，而TO-257或TO-257A封装产品，散热主要依靠底座散热，因其器件内部为氮气，氮气的散热效果远远比不上塑料封装的塑封料，所以造成TO-220封装的三端集成稳压器热阻小于TO-257封装的热阻。

4 不足与展望

从上述测试热阻方法可以看到，在对三端集成稳压器产品进行加功率时，仅仅是通过对其芯片内部某一个位置进行加功率，这就造成芯片发热位置可能为一个点;而三端集成稳压器正常工作时，其功率主要耗散在功率调整管上，由于功率调整管面积较大，所以可以看成是芯片上的大部分区域均发热，两者之间还是存在一定差异的。所以这就体现了上文中热阻的测试方法只能作为一种参考，可能并不能精确反映集成稳压器的热阻情况。

基于上述测试方法存在的不足，笔者也提供了另外一种测试方法的理论分析;根据三端集成稳压器应用的相关知识，理论上可采用如下图4电路进行集成稳压器的热阻测试;

在图4电路中，IM为测试VFGI的测试电流（一般特别小），电压表上测得的电压即为集成稳压器的VFGI。开关S先接到触点2，采集得到初始状态下的VFGI1，然后将开关S接到触点1，此时集成稳压器正常工作，其功率P=（VIN-VO）×IL，当集成稳压器工作一段时间后，集成稳压器的结温达到稳定，此时将开关S立即接到触点2，采集得到更高结温下的VFGI2;然后根据式（5）便可得到集成稳压器的热阻Rth（j-a）。

但是由于图4中的测试方法在T3Ster上难以实现供电，所以本文中目前尚未采用该方法进行测试试验;

5 结论

测量三端集成稳压器稳态热阻的重点主要有两点：一是找到适当的温度敏感参数，并测试其敏感系数;二是给三端稳压器加载功率的同时测试其温度敏感参数的变化值;本文通过试验和理论分析确定了CW78XX稳压器的温度敏感参数可以采用GND-VIN之间的壓降VFGI，同时通过对内部二极管加电的方式测试了部分集成稳压器的热阻，对研制和生产过程中分析集成稳压器的性能提供了一定的参考意义。

参考资料

[1]http：//wdu.21dianyuan.com/mobile/video_paly？vid=347

[2]T3Ster中文指南，上海坤道信息技术有限公司