GaN 功率级设计的散热注意事项

编者按在任何电力电子转换器中，热设计都是一项重要的考虑因素。热设计经优化后，工程师能够将GaN用于各种功率级别、拓扑和应用中。此应用手册论述了TILMG341XRxxxGaN功率级系列非常重要的权衡标准和注意事项，包括PCB布局、热界面、散热器选择和安装方法指南。还将提供使用50mΩ和70mΩGaN器件的设计示例。

1简介

GaNFET实现了高频电源转换器设计。凭借出色的开关特性和零反向恢复损耗，这种轻量级设计具有更高的功率密度和更小的尺寸。为了充分利用GaN的快速开关速度，需要更大限度地减小电源环路电感。这需要仔细考虑PCB布局，并对GaNFET采用电感超低的封装。TI的LMG341XRxxx系列采用8mm×8mm低电感底面冷却的QFN封装，可实现开关速度高于100V/ns。良好的热设计对于电力电子转换器非常重要。理想的热传递应在热量流程中提供良好的导热性和超低的热阻。图1-1显示了典型的等效热电路，其中包括GaNFET的结至外壳热阻、PCB、热界面材料(TIM)和散热器。GaNFET的结温是功率损耗和结至空气总热阻的函数。结温估算值为方程式1。

Tj=PLoss×Rθj-a+Tamb(1)

其中

Tj是结温

PLoss是总耗散功率

Rθj-a是总热阻

Tamb是环境温度

工程师可使用公式2估算Rθj-a。

Rθj-a=Rθj-c(bottom)+RθPCB+RθTIM+Rθhs(2)

其中

Rθj-c(bottom)是芯片结与封装DAP之间的热阻

RθPCB是PCB的热阻

RθTIM是TIM的热阻

Rθhs是散热器的热阻