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CN110118615A - 一种功率芯片的外壳最高温度的计算方法 - Google Patents

一种功率芯片的外壳最高温度的计算方法 Download PDF

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CN110118615A CN201910435571.0A CN201910435571A CN110118615A CN 110118615 A CN110118615 A CN 110118615A CN 201910435571 A CN201910435571 A CN 201910435571A CN 110118615 A CN110118615 A CN 110118615A
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Abstract

本发明提供一种功率芯片的外壳最高温度的计算方法，包括：步骤S1，提供测试环境，于测试环境下在散热片中设置温度测量器；步骤S2，计算功率芯片在第一功率模式下的第一消耗功率，并且温度测量器测量得到对应于第一消耗功率的第一温度，和计算功率芯片在第二功率模式下的第二消耗功率，并且温度测量器测量得到对应于第二消耗功率的第二温度；步骤S3，根据第一温度和第二温度的差值、第一消耗功率以及第二消耗功率依照第一公式计算得到散热片的热阻；步骤S4，根据热值和最大消耗功率依照第二公式计算得到功率芯片的外壳最高温度。本发明的有益效果为节约估算时间并提高生产效率，以及降低生产成本。

Description

一种功率芯片的外壳最高温度的计算方法
技术领域
本发明涉及芯片技术领域，尤其涉及一种功率芯片的外壳最高温度的计算方法。
背景技术
目前的电子设备为了保证系统的稳定运行，通常通过散热片对功耗比较大的芯片(比如SOC主芯片、PowerIC等)进行降温处理，由于加大散热片的使用会增加成本，但是减少散热片的使用会增加系统稳定性的风险，因此如何快捷估算上述散热片热阻成为亟待解决的问题。
现有技术中采用下述两种方式来计算散热片：
方式一：通过仿真工具对功率芯片所需的散热片的热阻进行仿真计算，然而进行仿真计算需要采集各个影响参数，并且整个仿真计算过程繁琐、耗时和费力；尤其需要对多个产品和同一产品的不同系列进行仿真计算时，计算过程过于繁琐；而且上述仿真计算的计算场所要求过高，极大地增加测试成本。
方式二：通过公式TCmax＝Tj-PD*(θjc+θcs+θsa)计算得到散热片的热阻，并且根据上述热阻不断修改和/或裁剪散热片形状大小，进而测量出芯片的外壳最高温度，并使其实际测试的芯片的外壳温度小于芯片的外壳最高温度；
其中，TCmax用于表示功率芯片的外壳最高温度，Tj用于表示所述功率芯片的内部结点温度，PD用于表示消耗功率，θjc用于表示所述功率芯片的结点到外壳的热阻，θcs用于表示所述功率芯片的外壳到所述散热片之间的热阻，θsa用于表示所述散热片的热阻；
然而上述方法会存在下述问题：
问题一，计算得到的芯片的外壳最高温度的精度较差，其原因在于：标准规则(spec)中计算得到的TCmax值是在标准的PCB板以及标准的实验室环境下通过仿真计算得到，但是实际应用中的主板PCB尺寸和实际使用的产品结构散热环境等都存在不小差异，从而导致计算得到的TCmax值有误差；
问题二，没有确定芯片的测试位置，而芯片的测试位置会导致TCmax值不同，例如芯片的边沿温度一般比中心点温度低。
因此上述方式通过增加降额裕度(即散热片尺寸增加，实际项目中会增加裕量到10％～30％)才能避免上述问题的出现，然而增加降额裕度会导致散热片成本增加。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种旨在节约估算时间并提高生产效率，以及降低生产成本的功率芯片的外壳最高温度的计算方法。
具体技术方案如下：
一种功率芯片的外壳最高温度的计算方法，应用于电子设备中，电子设备包括功率芯片、设置在功率芯片上方的散热片；
其中，计算方法包括以下步骤：
步骤S1，提供一测试环境，于测试环境下在散热片中设置一温度测量器；
步骤S2，计算功率芯片在第一功率模式下的第一消耗功率，并且温度测量器测量得到对应于第一消耗功率的第一温度，和
计算功率芯片在第二功率模式下的第二消耗功率，并且温度测量器测量得到对应于第二消耗功率的第二温度；
步骤S3，根据第一温度和第二温度的差值、第一消耗功率以及第二消耗功率依照一第一公式计算得到散热片的热阻；
步骤S4，根据热值和一最大消耗功率依照一第二公式计算得到功率芯片的外壳最高温度。
优选的，计算方法，其中，计算电子设备的多个配置信息一致的功率芯片的外壳最高温度，并计算其平均值作为功率芯片的最佳外壳最高温度。
优选的，计算方法，其中，步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S11，提供一测试环境；
步骤S12，于测试环境下在散热片上设置一个安装孔；
步骤S13，将温度测量器设置在安装孔内。
优选的，计算方法，其中，步骤S13中的温度测量器通过一导热胶固定设置在安装孔内。
优选的，计算方法，其中，第一公式为：
θsa＝(TS2-TS1)/P2-P1；
其中，θsa用于表示散热片的热阻；
TS1用于表示第一温度；
TS2用于表示第二温度；
P1用于表示第一消耗功率；
P2用于表示第二消耗功率。
优选的，计算方法，其中，第二公式为：
TCmax＝Tj-Pmax(θjc+θcs+θsa)；
其中，TCmax用于表示功率芯片的外壳最高温度；
Tj用于表示功率芯片的内部结点温度；
Pmax用于表示最大消耗功率；
θjc用于表示功率芯片的结点到外壳的热阻；
θcs用于表示功率芯片的外壳到散热片之间的热阻。
优选的，计算方法，其中，功率芯片设置有多个电源。
优选的，计算方法，其中，功率芯片在第一功率模式下的通过计算每个电源的电流和电压的单独消耗功率，并将每个电源的单独消耗功率进行叠加得到第一消耗功率；和/或
功率芯片在第二功率模式下的通过计算每个电源的电流和电压的单独消耗功率，并将每个电源的单独消耗功率进行叠加得到第二消耗功率；和/或
功率芯片在最大功率模式下的通过计算每个电源的电流和电压的单独消耗功率，并将每个电源的单独消耗功率进行叠加得到最大消耗功率。
优选的，计算方法，其中，功率芯片为设置有处理器的系统芯片。
优选的，计算方法，其中，第一功率模式中的处理器的频率为500MHz；和/或
第二功率模式中的处理器的频率为2GHz。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：通过消耗功率依照第一公式计算得到散热片的热阻，接着依照第二公式计算得到功率芯片的外壳最高温度，从而节约估算时间并提高生产效率，进而降低生产成本。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为本发明功率芯片的外壳最高温度的计算方法实施例的流程图；
图2为本发明功率芯片的外壳最高温度的计算方法实施例的步骤S1的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明包括一种功率芯片的外壳最高温度的计算方法，应用于电子设备中，电子设备包括功率芯片、设置在功率芯片上方的散热片；
如图1所示，计算方法包括以下步骤：
步骤S1，提供一测试环境，于测试环境下在散热片中设置一温度测量器；
步骤S2，计算功率芯片在第一功率模式下的第一消耗功率，并且温度测量器测量得到对应于第一消耗功率的第一温度，和
计算功率芯片在第二功率模式下的第二消耗功率，并且温度测量器测量得到对应于第二消耗功率的第二温度；
步骤S3，根据第一温度和第二温度的差值、第一消耗功率以及第二消耗功率依照一第一公式计算得到散热片的热阻；
步骤S4，根据热值和一最大消耗功率依照一第二公式计算得到功率芯片的外壳最高温度。
上述实施例中可是实现将消耗功率通过第一公式计算得到散热片的热阻，接着计算得到功率芯片的外壳最高温度，从而节约估算时间并提高生产效率，进而降低生产成本。
在上述实施例中，只需计算每个功率模式下的消耗功率以及测量得到对应的温度就可以通过计算得到外壳最高温度，从而使得使用者不需要使用专业仿真工具，进而节约估算时间，并提高生产效率。
作为优选的实施方式，可以采用机顶盒或智能电视的系统芯片(SOC，System onChip)作为功率芯片；
因此可以通过估算机顶盒或智能电视的系统芯片上方的散热片的热阻来计算得到系统芯片的外壳最高温度；上述方法不需要使用专业仿真工具，从而增加可操作性，并且将除系统芯片以外的元件的功率消耗降低到最低点，从而可以忽略除系统芯片以外的元件的功率消耗，以提高测试效率，并且通过多次测量以及增加裕量，以在减小测量误差基础上保证产品的稳定性，进而提高散热片热阻和TCmax值的精度。
进一步地，在上述实施例中，计算电子设备的多个配置信息一致的功率芯片的外壳最高温度，并计算其平均值作为功率芯片的最佳外壳最高温度。
在上述实施例中，可以通过记录多块机顶盒或智能电视的信息，并采用相同信息的机顶盒或智能电视进行测试，从而避免机顶盒或智能电视的不同降低的计算精度。
进一步地，作为优选的实施方式，可以采用三个机顶盒或智能电视进行测试，并获得每个机顶盒或智能电视对应的功率芯片的外壳最高温度，并取上述三个外壳最高温度的平均值，随后在上述平均值基础上增加5％的裕量，以在减小测量误差基础上保证产品的稳定性，进而提高散热片热阻和TCmax值的精度。
进一步地，在上述实施例中，如图2所示，步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S11，提供一测试环境；
步骤S12，于测试环境下在散热片上设置一个安装孔；
步骤S13，将温度测量器设置在安装孔内。
上述测试环境包括：
环境温度：可以为25摄氏度；
环境条件：可以为自然通风；
系统测试：默认的系统设置，例如当测试板为机顶盒或智能电视时，系统可以停留在home界面；
可以实现排除环境温度和条件的影响，并且通过设置默认的系统设置可以将除功率芯片以外的元件的功率消耗降低到最低点，从而可以忽略除功率芯片以外的元件的功率消耗，以提高测试效率，并且通过多次测量以及增加裕量，以在减小测量误差基础上保证产品的稳定性，进而提高计算精度。
进一步地，在上述实施例中，步骤S13中的温度测量器通过一导热胶固定设置在安装孔内。实现温度测量探头和功率芯片的良好接触。
进一步地，在上述实施例中，第一公式为：
θsa＝(TS2-TS1)/P2-P1；
其中，θsa用于表示散热片的热阻；
TS1用于表示第一温度；
TS2用于表示第二温度；
P1用于表示第一消耗功率；
P2用于表示第二消耗功率。
进一步地，在上述实施例中，第二公式为：
TCmax＝Tj-Pmax(θjc+θcs+θsa)；
其中，TCmax用于表示功率芯片的外壳最高温度；
Tj用于表示功率芯片的内部结点温度；
Pmax用于表示最大消耗功率；
θjc用于表示功率芯片的结点到外壳的热阻；
θcs用于表示功率芯片的外壳到散热片之间的热阻。
进一步地，在上述实施例中，功率芯片设置有多个电源。
进一步地，在上述实施例中，功率芯片在第一功率模式下的通过计算每个电源的电流和电压的单独消耗功率，并将每个电源的单独消耗功率进行叠加得到第一消耗功率；和/或
功率芯片在第二功率模式下的通过计算每个电源的电流和电压的单独消耗功率，并将每个电源的单独消耗功率进行叠加得到第二消耗功率；和/或
功率芯片在最大功率模式下的通过计算每个电源的电流和电压的单独消耗功率，并将每个电源的单独消耗功率进行叠加得到最大消耗功率。
在上述实施例中，可以通过串口工具将功率芯片工作在不同的功率模式下；并通过测试不同功率模式下的功率芯片的各个电源的电流和电压大小，来计算不同功耗模式中对应的消耗功率，进一步计算得到该功耗模式下的功率芯片的中心点位置上方的散热片的温度，从而进行进一步的计算。
进一步地，在上述实施例中，功率芯片为设置有处理器的系统芯片。
进一步地，在上述实施例中，第一功率模式中的处理器的频率可以为500MHz；和/或
第二功率模式中的处理器的频率可以为2GHz。
其中，最大功率模式中的处理器的频率也可以为2GHz。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种功率芯片的外壳最高温度的计算方法，应用于电子设备中，所述电子设备包括功率芯片、设置在所述功率芯片上方的散热片；
其特征在于，所述计算方法包括以下步骤：
步骤S1，提供一测试环境，于所述测试环境下在所述散热片中设置一温度测量器；
步骤S2，计算所述功率芯片在第一功率模式下的第一消耗功率，并且所述温度测量器测量得到对应于所述第一消耗功率的第一温度，和
计算所述功率芯片在第二功率模式下的第二消耗功率，并且所述温度测量器测量得到对应于所述第二消耗功率的第二温度；
步骤S3，根据所述第一温度和所述第二温度的差值、所述第一消耗功率以及所述第二消耗功率依照一第一公式计算得到所述散热片的热阻；
步骤S4，根据所述热值和一最大消耗功率依照一第二公式计算得到所述功率芯片的外壳最高温度。
2.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，计算所述电子设备的多个配置信息一致的所述功率芯片的外壳最高温度，并计算其平均值作为所述功率芯片的最佳外壳最高温度。
3.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S11，提供一测试环境；
步骤S12，于所述测试环境下在所述散热片上设置一个安装孔；
步骤S13，将所述温度测量器设置在所述安装孔内。
4.如权利要求3所述的计算方法，其特征在于，所述步骤S13中的所述温度测量器通过一导热胶固定设置在所述安装孔内。
5.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述第一公式为：
θsa＝(TS2-TS1)/P2-P1；
其中，θsa用于表示所述散热片的热阻；
TS1用于表示第一温度；
TS2用于表示第二温度；
P1用于表示第一消耗功率；
P2用于表示第二消耗功率。
6.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述第二公式为：
TCmax＝Tj-Pmax(θjc+θcs+θsa)；
其中，TCmax用于表示所述功率芯片的外壳最高温度；
Tj用于表示所述功率芯片的内部结点温度；
Pmax用于表示所述最大消耗功率；
θjc用于表示所述功率芯片的结点到外壳的热阻；
θcs用于表示所述功率芯片的外壳到所述散热片之间的热阻。
7.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述功率芯片设置有多个电源。
8.如权利要求7所述的计算方法，其特征在于，所述功率芯片在第一功率模式下的通过计算每个所述电源的电流和电压的单独消耗功率，并将每个电源的所述单独消耗功率进行叠加得到所述第一消耗功率；和/或
所述功率芯片在第二功率模式下的通过计算每个所述电源的电流和电压的单独消耗功率，并将每个电源的所述单独消耗功率进行叠加得到所述第二消耗功率；和/或
所述功率芯片在最大功率模式下的通过计算每个所述电源的电流和电压的单独消耗功率，并将每个电源的所述单独消耗功率进行叠加得到所述最大消耗功率。
9.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述功率芯片为设置有处理器的系统芯片。
10.如权利要求9所述的计算方法，其特征在于，所述第一功率模式中的所述处理器的频率为500MHz；和/或
所述第二功率模式中的所述处理器的频率为2GHz。
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