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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