Wie man in acht Schritten Maximalwerte und Wärmewiderstände interpretiert

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Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Bei einer Umgebungstemperatur von 25 °C lässt sich T_J wie folgt berechnen (der Wärmewiderstand ist aus Bild 3 zu entnehmen):

T_J = 25°C + 120°C/W 66 mW

T_J = 32,92°C.

Wäre stattdessen der Vierfach-Verstärker AD8624 (mit TSSOP-Gehäuse) verwendet worden, hätte sich die Verlustleistung auf 132 mW verdoppelt und die Sperrschichttemperatur wäre auf 39,78°C angestiegen.

P_D = 4 [350 µA 30 V + (15 V)²)/10 kΩ]

P_D = 132 mW.

T_J = 25°C + 112°C/W 132 mW

T_J = 39,78°C.

Um eine zuverlässige Schaltung zu entwickeln, sollte man eine thermisch effiziente Leiterplatte mit großflächigen Kupfer-Leiterbahnen, die eine gute Wärmeleitfähigkeit garantieren, verwenden. Mehrere Leiterplattenlagen mit einer großen Anzahl Vias helfen ebenfalls, die Wärme vom Gehäuse abzuführen. Sinnvoll ist es auch, ein Gehäuse mit niedrigem Wärmewiderstand zu wählen oder die Verlustleistung zu senken, indem die Last verringert oder die Versorgungsspannung gesenkt wird.

Häufig werden Einfach- statt Zweifachverstärker oder Zweifach- anstelle von Vierfach-Verstärkern verwendet, um die lokale Konzentration der Verlustwärme auf der Leiterplatte zu reduzieren.

Wie muss man vorgehen, wenn ein Gehäuse eine herausgeführte Kühlfläche besitzt?

LFCSP-Gehäuse (Bild 5) sind kleiner und haben an ihrer Unterseite in der Regel eine Metallfläche, die der Wärmeableitung dient. Diese muss mit einer entsprechenden Metallfläche auf der Leiterplatte verlötet werden und stellt der Verlustwärme einen sehr geringen thermischen Widerstand bei der Ableitung an die Umgebung entgegen. Im Datenblatt ist angegeben, ob diese Fläche mit der Masse oder der positiven oder negativen Versorgungsspannung zu verbinden ist. θ_ja wird in vielen Fällen unter der Annahme getestet, dass diese Verbindung besteht. Dementsprechend fällt der tatsächliche thermische Widerstand höher als angegeben aus, wenn diese Verbindung nicht existiert.

Literatur:

[1] AN-892 Application Note, Temperature Measurement Theory and Practical Techniques. Analog Devices

[2] MT-093 Tutorial, Thermal Design Basics. Analog Devices

[3] Zumbahlen, Hank: Basic Linear Design, Analog Devices. Chapter 1. Verfügbar auch als Linear Circuit Design Handbook, Elsevier

[4] MT-036 Tutorial, Op Amp Output Phase Reversal and Input Over-voltage Protection, Analog Devices

[5] Rarely Asked Questions, What’s the big deal about ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS? Analog Devices

[6] Datenblatt ADA4091-2/ADA4091-4 Precision Micropower, OVP, RRIO Operational Amplifier

[7] Datenblatt AD8665 16V, 4MHz, Rail to Rail Output Amplifiers

* * Vicky Wong ... ist Applikationsingenieurin bei Analog Devices in Norwood/USA.

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Wie muss man vorgehen, wenn ein Gehäuse eine herausgeführte Kühlfläche besitzt?

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