電子元器件 熱阻的理解

2022-02-25 07:06:17 字數 2434 閱讀 6355

今天早上在看開關電源的設計資料,其中提到開關管的引數選型時有說到熱阻的概念。對於這個概念,一直都感覺沒有徹底理解這個引數,模糊中記得熱阻就像電阻一樣,電阻式阻礙電子流動的量綱,而熱阻就是阻礙熱量流動的量綱。也不知道這樣的理解對不對,因此網上再檢索些資料,以便加深理解。

基本概念:

ta:temperature ambient 環境溫度

tc:temperature case外殼溫度

tj:temperature junction節點溫度

熱阻rja:晶元的熱源結junction到外圍冷卻空氣ambient的總熱阻,乘以其發熱量即獲得器件的溫公升。

熱阻rjc:晶元的熱源結到外殼間的熱阻,乘以發熱量即獲得結與殼的溫差。

熱阻rjb:晶元的熱源結到pcb板間的熱阻,乘以通過單板熱導的散熱量即獲得結與單板間的溫差。

電子元件熱阻的計算:

通用公式:tcmax=tj-p*(rjc+rcs+rsa)

條件1:散熱片heat sink足夠大而且接觸足夠良好的情況下:

熱阻公式:tcmax=tj-p*rjc

條件2::散熱片heat sink不大或者接觸足夠一般/較差的情況下:

熱阻公式:tcmax=tj-p*(rjc+rcs+rsa)

--------其中,rjc表示晶元內部至外殼的熱阻;rcs表示外殼至散熱片的熱阻;rsa表示散熱片的熱阻

條件3:沒有散熱片情況下:

大功率半導體器件:熱阻公式tcmax=tj-p*(rjc+rca),其中rca表示外殼至空氣的熱阻

小功率半導體器件:熱阻公式tcmax=tj-p*rja,其中rja表示結到環境之間的熱阻

***********************************舉例*************************************

三極體2n5551(以下計算是在加有足夠大的散熱片而且接觸足夠良好的情況下)

規格書中給出25度

(tc)

時的功率是

1.5w(p)

,rjc

是83.3度/w

。此代入公式有

:25=tj-1.5*83.3

可以從中推出tj為

150度。晶元最高溫度一般是不變的。所以有

tc=150-ptc*83.3

,其中ptc

表示溫度為

tc時的功耗。假設管子的功耗為

1w,那麼,

tc=150-1*83.3=66.7

度。注意,此管子25度

(tc)

時的功率是

1.5w

,如果殼溫高於25度,功率就要降額(降低使用功率)使用

。規格書中給出的降額為12mw/度

(0.012w/度)

。我們可以用公式來驗證這個結論

.假設溫度為

tc,那麼,功率降額為

0.012*(tc-25).

則此時最大總功耗為

1.5-0.012*(tc-25)

。把此時的條件代入公式得出

: tc=150-(1.5-0.012*(tc-25))

×83.3

,公式成立。

一般情況下沒辦法測tj,可以經過測

tc的方法來估算

ttj,公式變為

: tj=tc+p*rjc

。  同樣以2n5551為例。假設實際使用功率為

1.2w

,測得殼溫為

60度,那麼

: tj=60+1.2*83.3=159.96

此時已經超出了管子的最高結溫

150度了

!按照降額

0.012w/

度的原則,

60度時的降額為

(60-25)

×0.012=0.42w

,1.5-0.42=1.08w

。也就是說,殼溫

60度時功率必須小於

1.08w

,否則超出最高結溫。

假設規格書沒有給出rjc的值:

可以如此計算: rjc=(tj-tc)/p,

如果也沒有給出tj資料,那麼一般矽管的

tj最大為

150至

175度。

同樣以2n5551為例.知道

25度時的功率為

1.5w

,假設tj

為150

,那麼代入上面的公式

: rjc=(150-25)/1.5=83.3

如果tj

取175

度則rjc=(175-25)/1.5=96.6

所以這個器件的

rjc在

83.3

至96.6

之間。如果廠家沒有給出25度時的功率:

那麼可以自己加一定的功率加到使其殼溫達到允許的最大殼溫時,再把資料代入: rjc=(tjmax-tcmax)/p 有給

tj最好,沒有時,一般矽管的tj取

150度。  

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