Slide 1: モータ・ドライバ: 熱管理
モータ・ドライバ: 熱管理 MPSジャパン合同会社 シニアFAE 竹村 興 2024年4月
Slide 2: Absolute Maximum Ratings and Thermal Metrics
Blaxat t tt ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS “) Thermal Metrics “ Supply voltage (Vin) . ---0.3V to +45V 8y4 (junction-to-ambient)...............006 44.3°C/W yee voltage (Vcr). ey e yn ; ev 8uc_top (junction-to-case top).............. 37.5°C/W OUTX wv. IN - A 4 °, PGND1, PGND2 to AGND......... -0.3V to +0.3
Slide 3: 熱の伝わり方
熱の伝わり方 ✓ 熱抵抗 θ P 熱 熱流量 P [W] 温度差 dT [℃] 熱抵抗 θ [℃/W] 𝑇1 − 𝑇2 T1 T2 𝜃= [℃/𝑊] 電気 電流 I [A] 電圧差 dV [V] 電気抵抗 R [Ω] 𝑃 ✓ 放熱経路 L : 長さ 伝導 𝐿 ・伝導 𝜃𝐶𝐷 = 𝐴1 × 𝜆 A1 : 断面積 対流 Die 放射 1 A2 : 表面積 EP ・対流 𝜃𝐶𝑉 = 𝐴2 × ℎ PCB 1 ・放射 𝜃𝑅𝐷 = 𝐴3 × 𝜎 × 𝜀 × (𝑇𝑃𝐶𝐵 4 − 𝑇𝐴𝑀𝐵 4 ) TPCB 熱伝導経路 A3 : 表面積 λ…
Slide 4: JEDEC JESD51 試験環境
JEDEC JESD51 試験環境 測定環境 PCB VF IF=0.1mA VF IF ≒-2mV/℃ Ta=Tj 測定の事前準備
Slide 5: 熱抵抗の測定
熱抵抗の測定 θja Ta Tcase Ttop θjc Ψjt Tj Tj Tj Cold plate Die Die Die EP EP EP PCB Thermal insulation PCB 𝑇𝑗 − 𝑇𝑎 𝑇𝑗 − 𝑇𝑐𝑎𝑠𝑒 𝑇𝑗 − 𝑇𝑡𝑜𝑝 𝜃𝑗𝑎 = [℃/𝑊] 𝜃𝑗𝑐 = [℃/𝑊] 𝜓𝑗𝑡 = [℃/𝑊] 𝑃 𝑃 𝑃 θja θjc Ψjt 𝑇𝑗 = 𝜃𝑗𝑎 × 𝑃 + 𝑇𝑎 [℃] 𝑇𝑗 = 𝜓𝑗𝑡 × 𝑃 + 𝑇𝑡𝑜𝑝 [℃]
Slide 6: モータ・ドライバの消費電力
モータ・ドライバの消費電力 IIN IIN A A PDRIVER = ?? VIN VIN Driver M PMOTOR = ?? P = VIN x IIN P = VIN x IIN = PDRIVER + PMOTOR
Slide 7: モータ・ドライバの消費電力
モータ・ドライバの消費電力 𝑃𝐵𝑖𝑎𝑠 = 𝑉𝑖𝑛 × 𝐼𝑐𝑐 VIN 𝑃𝑆𝑊 = 𝑉 2 × 𝑓 × 𝐶𝑖𝑠𝑠 𝑃𝑅𝑜𝑛 = (𝑅𝑜𝑛𝐻 + 𝑅𝑜𝑛𝐿) × 𝐼𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 2 I/O OUT1 Control Power loss rate [%] M Circuit OUT2 AGND PGND Imotor [A]
Slide 8: Tjの算出
Tjの算出 𝑇𝑗 = 𝜃𝑗𝑎 × 𝑃 + 𝑇𝑎 [℃] 𝑇𝑗 = 𝜓𝑗𝑡 × 𝑃 + 𝑇𝑡𝑜𝑝 [℃]
Slide 9: Tjの実測
Tjの実測 Input Output VIN I/O OUT1 I/O Circuit Control M Circuit OUT2 VF IF=0.1mA VF IF ≒-2mV/℃ AGND PGND Tj
Slide 10: Tjの実測
Tjの実測 BG ref. VIN TSD Signal I/O OUT1 Control TSD Circuit M Circuit OUT2 Thermal @Iout max Output Shut Down AGND PGND Ta
Slide 11: Tjを低減するPCB設計
Tjを低減するPCB設計 ✓ 放熱経路 L : 長さ 材料 熱伝導率 λ 𝐿 [W/mK] ・伝導 𝜃𝐶𝐷 = 𝐴1 × 𝜆 A1 : 断面積 銅 419 金 295 1 A2 : 表面積 ・対流 𝜃𝐶𝑉 = シリコン 162 𝐴2 × ℎ 半田 49 1 FR4 0.25 ・放射 𝜃𝑅𝐷 = 𝐴3 × 𝜎 × 𝜀 × (𝑇𝑃𝐶𝐵 4 − 𝑇𝐴𝑀𝐵 4 ) TPCB T=20℃, 1013.25hPa A3: 表面積
Slide 12: PCBレイアウト例
PCBレイアウト例 VIN 発熱源 I/O OUT1 Control M Circuit OUT2 AGND PGND
Slide 13: サマリー
サマリー ✓ 熱設計の重要性 ✓ Tjを正しく把握 • θja、Ψjtを用いた算出 • ダイオード / サーマルシャットダウン機能を用いた測定 ✓ 効果的なPCB設計 • 伝熱を理解したPCBレイアウト