在设计开关电源时，各种参数的计算以及控制器和无源器件的选取是工作的重点，其中，控制器的结温是需要重点关注的参数之一，因为过高的结温除了会带来安全隐患外，还会影响开关电源的效率。
前面在分析开关电源功率损耗时，曾提到过开关电源控制器结温会影响其内部 MOSFET 的导通电阻的阻值，进而影响开关电源的效率。接下来，就分析一下开关电源控制器的结温如何计算。
一、功率损耗分析法
这种方法是借助前面分析的计算开关电源控制器的功率损耗来实现。
例如，开关电源控制器的功率损耗主要有其内部 Top MOSFET 和 Bottom MOSFET 的传导损耗和开关损耗，以及控制器的其他部分的损耗组成。
仍是以前文的例子，可以简要计算 LT8650S 上消耗的功率。Buck 变换器的电路参数如表 1 所示。
| 序号 | 内容 | 参数 | 备注 |
| 01 | 输入电压 | VIN = 12V | – |
| 02 | 输出电压 | VOUT = 5V | – |
| 03 | 输出电流 | IOUT = 1A | 见说明（1） |
| 04 | 占空比 | D = VOUT/VIN = 0.416 | buck 变换器的传递函数 |
| 05 | PWM 频率 | f = 2MHz | – |
| 06 | MOSFET 导通电阻 | RTOP_MOS = 0.3/12 Ω = 0.025Ω RBOT_MOS = 0.12/8.5 Ω = 0.014Ω | 见说明（2） |
| 07 | 电流纹波的峰值和谷值 | Ip = 1.2A Iv = 0.8A | 见说明（3） |
| 08 | MOSFET 的开关时间 | ton+toff = 9ns | 见说明（4） |
| 09 | 无源器件 | L = 1uH DCR + ESR = 0.02Ω | – |
计算 LT8650S 上消耗的功率为（此功率未包含 LT8650S 上的其他损耗，例如反馈回路，PWM 产生等，所以计算的功率略微偏小）：
查看 LT8650S 的 datasheet，其热阻如图 2 所示。
进一步计算 LT8650S 在上述条件下的结温为：
Tj = 23 * 0.489934 + 25℃ = 36.2℃
其中，环境温度为 25℃。
由于仅计算 LT8650S 内部的 MOSFET 的功率损耗，所以计算出来的控制器结温略微偏小。
二、效率分析法
这种方法是借助开关电源控制器 datasheet 中给定的效率曲线，在既定的输入输出条件下，计算整个开关电源的功率损耗，再减去无源器件的损耗（电感的传导损耗和磁芯损耗，电容的传导损耗等），从而得到开关电源控制器的功率损耗，再进一步计算出来结温。
例如，LT8650S 的输出 5V 的情况下的效率曲线如图 4 所示。
并以“94.6% Efficiency at 2A, 5VOUT from 12VIN at 2MHz;”为例计算。
整个 Buck 变换器的功率损耗为：
P = (1 – 94.6%)*(5*2)/94.6% = 0.57W
减去无源器件的功率损耗：
P = 0.57 – Pcond_LC = 0.57 – 0.020266 W= 0.549734W
进一步计算出 LT8650S 的结温为：
Tj = 23 * 0.549734 + 25℃ = 37.6℃
这种方法计算出来的 LT8650S 的结温相对比较准确。
三、仿真分析法
这种方法是借助仿真工具，直接仿真出上述条件下的开关电源控制器的功率损耗，再计算出结温。
例如，LT8650S 的在上述条件下的功率损耗的仿真图如图 5 所示。
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原创文章，作者：sunev，如若转载，请注明出处：https://www.sunev.cn/hardware/1078.html
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