圖 3. 閃光脈沖期間 LM3554 PFET 的導(dǎo)通電阻和 LEDI/NETC 的 ESD 二極管。

在穩(wěn)態(tài)下，LEDI/NTC的ESD二極管的VF為-622mV，對應(yīng)結(jié)溫 95.2℃(環(huán)境溫度為25℃時）。在穩(wěn)定狀態(tài)下，測得的PFET導(dǎo)通電阻為154mΩ，對應(yīng)結(jié)溫105℃。圖3 還描繪了LM3554的熱容。VF和RPMOS的響應(yīng)表現(xiàn)呈現(xiàn)類似于一階RC的指數(shù)級上升，計算等式如下：

熱容則為：

使用ESD二極管的正向電壓時獲得的熱容為0.009J/℃，使用PFET導(dǎo)通電阻時獲得的熱容為0.0044 J/℃。溫度讀數(shù)之間的差異可能是由于器件上的溫度梯度而造成的。PFET緊鄰電流源，預(yù)計其溫度上升將較快，且溫度會比LEDI/NTC引腳的ESD二極管高，后者離IC上的功率器件較遠(yuǎn)。造成這樣的溫度差異是由于器件核心區(qū)域兩個測量點之間的熱阻和熱容引起的。另外，響應(yīng)大約為單次常量指數(shù)。實際上，功耗會隨著PFET和電流源升溫而發(fā)生些微的變化。這將導(dǎo)致隨著結(jié)溫上升，PDISS也些微增加。

當(dāng)處理脈沖工作器件(如閃光LED驅(qū)動器）時，對熱阻抗模型比對單獨熱阻的考慮深入得多。例如，閃光脈沖電流為1.2A，VIN為5V且VLED為3.4V。在這種情況下，器件在上電模式下PDISS=2.14W。當(dāng)RJ-A為48℃/W且環(huán)境溫度為50℃時，穩(wěn)定狀態(tài)模型指示核心溫度會上升至153℃，這比最高工作結(jié)溫高出28℃。如果我們考慮熱容(0.0044℃/J)并將200ms閃光脈沖寬度計算在內(nèi)，則可以獲得對核心溫度更好的估算，大約為113℃。

電感器和溫度

迄今為止對關(guān)于LM3554和高溫的討論也適用于LM3554的功率電感。與半導(dǎo)體器件(如LM3554)一樣，功率電感器損耗過多熱量將改變器件特性并導(dǎo)致電感和電源工作異常。功率電感溫度過高，通常會導(dǎo)致直流繞線電阻增加和飽和電流限制降低。

電感器電阻

電感線圈的電阻溫度系數(shù)導(dǎo)致電感直流電阻會隨著溫度變化。線圈通常為銅制，溫度系數(shù)約為 3.9mΩ/℃，計算其電阻的等式如下：

或相當(dāng)于0.39%/℃變化。

讓我們再看一下LM3554，評估套件中指定的電感器是Toko生產(chǎn)的FDSE0312-2R2。在 TA= 25℃時，測得的電阻為137mΩ。在 85℃時，電阻變化 為50℃×0.39%=19.5%(或變?yōu)?64mΩ）。在RMS電感電流為2A且VIN=3.6V時，電感電阻變化會導(dǎo)致效率降低約1.5%。

電感器飽和度

或許在高溫狀況下，功率電感最為關(guān)注的問題是額定飽和電流下降。使用較大的RMS電流時，內(nèi)部功耗導(dǎo)致電感溫度上升，從而降低電感的飽和點。在飽和時，電感鐵磁核心材料已達(dá)到磁通密度(B(t))，該密度不再隨磁場強度(H(t))成正比增加。相反，當(dāng)飽和時，由于電感電流增加而引起任何磁場強度增加，會導(dǎo)致非常小的磁通密度的增加。

如果在示波器上查看開關(guān)穩(wěn)壓器電感電流，我們會看到器件進(jìn)入飽和狀態(tài)時，電感電流斜率增加。這相當(dāng)于電感下降。紋波電流的增加將導(dǎo)致 RMS 電流和電感器的開關(guān)損耗增加，這兩項都會增加電感的功耗并降低效率。

電感器在特定點達(dá)到飽和時會產(chǎn)生突然的飽和響應(yīng)，或者會與 FDSE0312-2R2 電感器一樣產(chǎn)生逐漸的飽和響應(yīng)。然而，電感器制造商通常會將飽和點指定為既定電流和溫度下電感值的特定百分比跌幅。

圖4描繪了工作在飽和狀態(tài)下電感器的實例。該例子使用TDK生產(chǎn)的VLS4010-2R2(2.2μH)電感器，在進(jìn)入飽和狀態(tài)時出現(xiàn)急劇下降。當(dāng)采用最小閃光脈沖寬度32ms，在升壓模式下LM3554會顯示出這種效應(yīng)。較窄的脈沖寬度限制了電感器的自熱，從而可以通過調(diào)節(jié)環(huán)境溫度來控制電感器的溫度。

圖 4. 電感器飽和與溫度。