工業(yè)電源設(shè)計(jì)中合適的封裝為電路帶來的優(yōu)勢
在設(shè)計(jì)工業(yè)應(yīng)用時(shí)，工程師希望使用能夠承受惡劣環(huán)境和極端電氣條件的堅(jiān)固可靠的封裝。隨著集成電路（IC）的演進(jìn)和小型化，封裝也在演進(jìn)并變得更小。雖然更小的封裝會(huì)導(dǎo)致更小的整體解決方案，但它們也有一些缺點(diǎn)，使工程師更難快速輕松地對現(xiàn)場出現(xiàn)故障的電路板進(jìn)行返工，或者從系統(tǒng)中提取熱量——這都是工業(yè)設(shè)計(jì)中的重要考慮因素。
集成電路有多種形狀和尺寸，并且可以通過多種方式物理連接到給定電路中。在這篇文章中，我將討論 TO-263、TO-220 和 SOIC 等各種封裝的穩(wěn)健性，特別是關(guān)于 TI 的 LM2576、LM2596、LM2676和 LMR36510 SIMPLE SWITCHER® 降壓穩(wěn)壓器。這些封裝提供了簡單的組裝以及卓越的熱特性。
便于使用
LM2576、LM2596 和 LM2676 非同步降壓轉(zhuǎn)換器只需要輸入和輸出電容器、功率電感器和鉗位二極管即可實(shí)現(xiàn)完整的電路應(yīng)用，這使得每個(gè)設(shè)計(jì)都非常簡單，部件數(shù)量少，成本低。圖 1 說明了具有每個(gè)封裝選項(xiàng)的產(chǎn)品。
LM2576內(nèi)部包含52kHz振蕩器、1.23V基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路、熱關(guān)斷電路、電流限制電路、放大器、比較器及內(nèi)部穩(wěn)壓電路等。為了產(chǎn)生不同的輸出電壓， 通常將比較器的負(fù)端接基準(zhǔn)電壓(1.23V)，正端接分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，這樣可根據(jù)輸出電壓的不同選定不同的阻值，其中R1=1kΩ(可調(diào)-ADJ時(shí)開路)， R2分別為1.7 kΩ(3.3V)、3.1 kΩ(5V)、8.84 kΩ(12V)、11.3 kΩ(15V)和0(-ADJ)，上述電阻依據(jù)型號(hào)不同已在芯片內(nèi)部做了精確調(diào)整因而無需使用者考慮。將輸出電壓分壓電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出同內(nèi)部基準(zhǔn)穩(wěn)壓值 1.23V進(jìn)行比較，若電壓有偏差，則可用放大器控制內(nèi)部振蕩器的輸出占空比從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。
圖 1：LM2576、LM2596 和 LM2676 穩(wěn)壓器
與其他具有非常短的引線或封裝下方的引線的封裝相比，DDPAK 和 TO 封裝的長引線便于在組裝過程中進(jìn)行焊接。TO-220 封裝使工程師能夠?qū)⒃O(shè)備用螺栓固定在 PCB 上，如果應(yīng)用由于方向或運(yùn)動(dòng)的快速、突然變化而需要極高的機(jī)械穩(wěn)定性，并且/或者在設(shè)備上用螺栓固定額外的散熱器，這將非常有用，如果應(yīng)用需要最大程度的散熱。
圖 2：用于 LMR36510 和 LMR33610 穩(wěn)壓器的 HSOIC-8 封裝
LMR36510 和 LMR33610 的 SOIC-8 封裝還提供了更好的抗機(jī)械應(yīng)變能力。這有助于吸收 PCB 上的物理彎曲，從而使終端設(shè)備更具彈性。這些引線有助于對 PCB 進(jìn)行快速目視檢查，這在現(xiàn)場調(diào)試時(shí)很有幫助。TI 的 LMR36510 和 LMR33610 是一個(gè)可擴(kuò)展的器件系列，這意味著該系列中的每個(gè)器件都共享相同的引腳排列，從而使工程師可以將相同的 PCB 布局用于多種設(shè)計(jì)并節(jié)省時(shí)間。
熱性能
LM2576、LM2596 和 LM2676 的封裝類型具有出色的散熱特性。在幾乎所有應(yīng)用中，都不需要散熱器；節(jié)省空間并減少成本和零件數(shù)量。對于 TO-263 和 TO-220 封裝，結(jié)殼溫度增加 2°C/W。對于具有較小 TSSOP 的開關(guān)穩(wěn)壓器器件，結(jié)殼溫度增加了 30°C/W。
更好的熱阻意味著部件在運(yùn)行過程中不會(huì)過熱，這使得它（以及整個(gè)系統(tǒng)）更加穩(wěn)定和可靠。隨著零件升溫，電氣特性可能會(huì)因零件變熱的程度而異。在更高的溫度下，效率和調(diào)節(jié)會(huì)惡化。如果某個(gè)部件達(dá)到其溫度上限，它可能會(huì)損壞，從而導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障。
TI 的應(yīng)用工程團(tuán)隊(duì)針對來自不同制造商的引腳對引腳兼容部件測試了 LM2596 降壓轉(zhuǎn)換器的熱性能。這些部件將被稱為穩(wěn)壓器 W、X、Y、Z。下面的表 1 顯示了在短路測試期間 IC 和鉗位二極管的測量溫度摘要。所有測試均使用 TO-263 封裝在具有相同布局和外部組件的 PCB 上執(zhí)行。
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IC 溫度 (°C) |
二極管溫度 (°C) |
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TI 簡單切換器 LM2596 |
38.1 |
69.9 |
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穩(wěn)壓器 W |
80.9 |
110.0 |
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調(diào)節(jié)器 X |
59.2 |
85.5 |
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調(diào)節(jié)器 Y |
45.7 |
88.4 |
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調(diào)節(jié)器 Z |
57.9 |
78.6 |
表 1：LM2596 在短路測試期間的溫度比較 (24 Vin)
結(jié)論
對于出色的熱性能至關(guān)重要的工業(yè)設(shè)計(jì)，請考慮使用采用 堅(jiān)固封裝的 TI LM2576、LM2596 和 LM2676 穩(wěn)壓器，這些穩(wěn)壓器 可減少部件數(shù)量并具有良好的性能記錄。LMR36510 和 LMR33610 的易用性和可擴(kuò)展性有助于簡化您的設(shè)計(jì)并節(jié)省時(shí)間。
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