元件结点温度的计算方法

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甘木|  楼主 | 2021-11-14 08:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
结点温度的计算方法1:根据周围温度(基本)
结点温度(或通道温度)可根据周围温度和功耗计算。根据热电阻的思考方法,
Tj=Ta+Rth(j-a)×P                        
Ta:周围温度(测量的房间室温)                        
Rth(j-a): 结 - 大气之间的热阻*                        
P: 功耗**               

*Rth(j-a):结点-环境间的热电阻根据贴装的电路板的不同而不同。
Rth(j-a)的值根据各个晶体管的不同而不同,但如果封装相同,可以认为该值几乎是很接近的值。
**功耗不固定,时间变化时按照平均功耗近似计算。

下图显示了Rth(j-a)是250ºC/W、周围温度是25ºC时的功耗和结点温度的关系。
120924wve38yyveu3428ve.jpg

结点温度和功耗成比例上升。这时的比例常数是Rth(j-a)。Rth(j-a)是250ºC/W,
所以功耗每上升0.1W结点温度上升25ºC。
功耗是0.5W时结点温度是150ºC,所以这个例子中功耗不能超过0.5W。
另外,Rth(j-a)同样是250ºC/W,要考虑周围温度的变化。
120924y6o5j5jktqzzqwoi.jpg

即,即使施加相同的功率,周围温度上升时结点温度也相应上升,所以能够施加的功率变小。
不仅热电阻,周围温度也会影响最大功耗。周围温度150°C时能够施加的功率为零,所以
100% ÷ (150°C-25°C)=0.8%/°C               
可以得知上述比例下的最大功耗变小。


下面的功率降低曲线表示出了该关系。

120924d988tr9w02t8t5l5.jpg
功率降低曲线的降低率是用百分比表示的,所以可适用于所有封装。
例如,MPT3封装25ºC时的最大施加功率是0.5W,0.8%/ºC的比例下可施加的功率变小,
50ºC时变为原来的80%(降低20%)即0.4W,100ºC时变为原来的40%(降低60%)即0.2W。
               
结点温度的计算方法2:根据周围温度(瞬态热阻)

在 "1. 根据周边温度(基本)" 中,考虑了连续施加功率时的例子。
接着,考虑由于瞬间施加功率引起的温度上升。
由于瞬间施加功率引起的温度上升用瞬态热阻计算。
120924zpdy6k65iqpz8tbw.jpg
该图表表示瞬态性的热电阻(瞬态热阻)。横轴是脉冲幅度,纵轴是热阻Rth(j-a)。
根据该图可知,随着施加时间变长结点温度上升,约200秒后热饱和并达到一定温度。
例如,施加时间为30ms时Rth(j-a)是20ºC/W,所以如果在周围温度25ºC下30ms施加3W功率,可知结点温度是:
Tj=Ta+Rth(j-a)×P
=25°C+(20°C/W)×3W
=85°C
               
一次施加瞬间功率时,可通过该算式求得结点温度。
               
结点温度的计算方法3:根据管壳温度
可根据管壳温度求出结点温度。
计算方法1或者2中介绍的,用结点-管壳间的热电阻代替结点-环境间热电阻:Rth(j-c)的计算方法。如下。
Tj=Tc+Rth(j-c)×P                        
Tc: 外壳温度*                        
Rth(j-c): 结 - 外壳之间的热阻                        
P: 効耗**               

*罗姆用放射温度计测量标记面最高温点的温度。请注意,测量方法不同测量温度会有很大变化。
**功耗不固定,时间变化时按照平均功耗近似计算。
不过,特别是Rth(j-c)的值会根据贴装的电路板和焊接等的散热条件有很大变化,所以请注意,在敝公司标准电路板上的测量值很多时候不适合客户的电路板。
作为例子,显示了随着电路板集电极land面积的变大Rth(j-c)变小的示例。(除了集电极land的面积、厚度、材质,电路板的材质、大小、布线尺寸等也会引起变化。)
例如,施加时间为30ms时,因为Rth(j-a)是20ºC/W,所以如果在周围温度25ºC下施加30ms 3W的功率,结点温度是
120924s4jzvfraqziee8ie.jpg

这样,Rth(j-c)的值容易根据电路板条件发生变化,而且正确的管壳温度测量又很难,所以作为推定结点温度的方法,不怎么推荐。

关于结点-管壳间热电阻Rth(j-c)

结点-管壳间热电阻Rth(j-c)本来是将TO220封装等的自立型器件固定在散热板上使用的情况下使用的值。在这种情况下,管壳-散热板之间是主要的散热路径,所以通过测量该路径中的管壳温度可正确地求得结点温度。尤其,在假设使用具有理想散热性的散热板(无限大散热板)的情况下,有时会在认为散热能力无限大,且管壳温度=大气温度,(显示Tc=25ºC等)管壳温度=25ºC的条件下计算。(无限大散热板的热电阻:因为Rth(c-a)=0,所以Rth(j-a)=Rth(j-c)。)
120924z1gynimnpjjzp8if.jpg

可是,对于面贴装型器件,从器件下面的电路板散热是主要的散热路径,所以测量这部分的管壳温度比较困难。
由于和总体散热量相比标记面的散热比例很小,所以即使测量器件标记面的温度,也不适于作为推定结点温度的值。
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关于面贴装产品,由于大多都要求知道Rth(j-c)的值,所以有时会贴装在敝公司的标准电路板上测量标记面温度来提供Rth(j-c)的值。此时的Rth(j-c)是贴装在敝公司标准电路板上这一特别条件下的值。在贴装于和敝公司标准电路板不同的电路板时,由于从标记面的散热比例会发生变化,所以Rth(j-c)的值变化,无法推定结点温度。

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甘木|  楼主 | 2021-11-14 08:39 | 显示全部楼层
Rth(j-a)的值根据各个晶体管的不同而不同,但如果封装相同,可以认为该值几乎是很接近的值。

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qbwww| | 2021-11-14 09:52 | 显示全部楼层
功耗是0.5W时结点温度是150ºC,所以这个例子中功耗不能超过0.5W。
另外,Rth(j-a)同样是250ºC/W,要考虑周围温度的变化。

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