大功率分立器件熱管理的重要性在于，所有電子設備和電路都會產生過多的熱量，因此需要熱管理來提高可靠性并防止過早失效。大多數最新一代汽車，特別是混合動力汽車 （HEV） 和電動汽車 （EV），都配備了大量電力電子設備，包括逆變器和直流 DC-DC 轉換器。為了減少對化石燃料的依賴并提高車輛效率，功率離散的監管起著至關重要的作用。

可用于熱管理的可用解決方案旨在最大限度地提高熱效率，最大限度地減少重量和成本，并減小所用組件的尺寸。越來越多的最新一代車輛及其電子元件和設備已經產生了與熱量形式的功耗相關的嚴重問題。印刷電路板 （PCB） 的形狀和尺寸變得越來越復雜，連接數量龐大，而且面積不斷縮小，這加劇了這種情況。

有效散熱規則

從一開始就必須選擇具有高效率和低功率損耗的功率分立器件。這些電子元件根據環境條件將吸收的功率轉化為熱量，產生的溫度必須散發熱量。當滿足以下兩個條件時，可以獲得高散熱效率：

電子元件與周圍環境存在較大溫差；

電子元件可以通過較大的表面積與空氣進行熱交換。

第一個要求可以通過選擇具有高能效和低功率損耗的組件來滿足，這些組件將能夠在高溫下運行且散熱量非常低。第二個要求通常是通過直接在功率分立器件上或在其附近應用合適的散熱器或熱交換器來滿足。通過強制氣流通過特殊風扇，可以進一步改善能量耗散。

DC-DC 轉換器廣泛用于電動汽車和混合動力汽車的電源電路中，具有高轉換效率和低功率損耗的特點。然而，封裝小型化的增長趨勢大大減少了組件與空氣之間的熱交換表面。這使得必須引入不同的解決方案，例如用于基板熱粘合的裸露焊盤 （EP）。EP 甚至允許小型電子元件有效散熱。此外，靠近器件封裝的 PCB 的大表面積用于改善熱輻射。

為了使熱管理有效，必須確保吸收最大功率的組件的結溫不超過數據表中指定的最大值。從設計的角度來看，遵循一些特定的規則可以獲得高散熱。

圖 1：安裝在四層 PCB 上的 IC

如圖 1 所示，通過將裸露焊盤直接焊接在 PCB 銅接地平面上并插入熱通孔以將熱量從內部接地平面轉移到電路板邊緣，可以獲得出色的結果。PCB 走線的厚度也必須盡可能地減小，以達到散熱量。放置在 PCB 相對面上的接地層必須起到散熱器的作用，因此，它們不能出現中斷。此外，必須避免與熱流方向垂直的走線，因為它們會導致阻抗增加并產生熱點。

功率分立器件

氮化鎵材料 （GaN） 使高頻電源轉換器設計具有更高的功率密度、更小的尺寸，并且由于卓越的開關特性和沒有反向恢復損耗而重量輕。以下是可用的 GaN 投訴熱管理產品：

Texas Instruments LMG5200 是一款 80V、10A 氮化鎵 （GaN） 半橋功率級，適用于實現高效熱效率的 DC-DC 轉換器。該器件是需要以小尺寸進行高頻、高效率操作的應用的理想解決方案。與 TPS53632G 控制器一起使用時，LMG5200 可實現從 48V 到負載點電壓 （0.5-1.5V） 的直接轉換。

Infineon Technologies IMZ120R045M1 是基于碳化硅的 1200V、45mΩ MOSFET，采用 TO247-4 封裝，采用最先進的溝槽半導體工藝，經過優化以將性能與可靠性相結合。與傳統的基于硅 （Si） 的開關（如 IGBT 和 MOSFET）相比，碳化硅 MOSFET 具有多項優勢，包括低柵極電荷、器件電容、內部體二極管無反向恢復損耗、與溫度無關的低開關損耗和閾值 -自由通態特性。

CoolSiC? MOSFET 是功率因數校正 （PFC） 電路、雙向拓撲和 DC-DC 轉換器的理想選擇。

安森美半導體的 NCP51705 是一款驅動 IC，主要設計用于驅動 SiC MOSFET 晶體管。為了實現盡可能低的傳導損耗，驅動器能夠向 SiC MOSFET 器件提供最大允許柵極電壓。通過在開啟和關閉期間提供高峰值電流，開關損耗也被最小化。為了提高可靠性、dV/dt 抗擾度和更快的關斷速度，NCP51705可以使用其板載電荷泵來生成用戶可選擇的負電壓軌。該器件包括保護功能，例如針對偏置電源的欠壓鎖定監控和基于驅動器電路結溫的熱關斷。

如果器件在高溫條件下運行，則通過從裸露焊盤下方到另一層的分布來實現熱管理，以盡可能降低熱阻。應用包括 SiC MOSFET 驅動器、逆變器、電機驅動器、PFC 和 DC-DC 轉換器。

審核編輯：郭婷