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2017.06.13 DC/DC

定義と発熱

損失の検討

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損失の検討に際して、損失に関連する定義と、発熱およびジャンクション温度について確認しておきます。

損失と効率

効率の定義と、損失との関係を念のために確認しておきます。効率は、入力電力に対する出力電力の割合です。これは、入力電力を所望の出力に変換する際、損失が生じるためです。このことから、損出は割合で表すと、効率の逆数、電力値であれば入力電力から出力電力を差し引いた値など、いくつかの式で表すことができます。

 効率=出力電力÷入力電力 [%]
 損失=1-効率 [%]
 損失=入力電力―出力電力 [W]
 損失=出力電力×(1 効率)÷効率 [W]

損失とジャンクション温度

なぜ損失について評価や検討を行うのかといえば、損失は熱に変換されるからです。つまり、重要な最大定格であるジャンクション(接合部、チップ)温度が、規定値内であるか、使ってよい条件内にあるかということを確認する際に、発熱は重要な検討事項になります。ジャンクション温度Tjは、以下の式で表されます。

 Tj [℃]=Ta [℃]+(θj-a [℃/W]×損失 [W])

あえて、θj-a [℃/W]×損失 [W]の項をカッコで括りましたが、この項は「発熱」になります。つまり、「周囲温Ta+発熱」がTjになります。以下に、パッケージの熱抵抗と定義を示します。

熱抵抗θj-aは、パッケージや実装基板条件により異なります。通常は、各ICのデータシートに標準値が示されています。

20170607_graf_05

項目 定義
θja ジャンクション温度(Tj)と周囲温度(Ta)間の熱抵抗
θjc ジャンクション温度(Tj)とケース表面温度(Tc)間の熱抵抗
θca ケース表面温度(Tc)と周囲温度(Ta)間の熱抵抗
Tj ジャンクション温度
Ta 周囲温度
Tc ケース表面温度

キーポイント

・損失は入力電力と出力電圧の差、もしくは効率の逆数。

・ジャンクション温度は、周囲温度+発熱、発熱は損失×熱抵抗(θj-a)。

・損失は、熱になることから重要な検討事項。

降圧DC/DCコンバータ 損失の検討