热阻设计方法

一般 热阻公式中 一般 热阻公式中 Tcmax Tj P Rjc 的公式是在假设散热片足够的公式是在假设散热片足够 大而且接触足够良好的情况下才成立的 否则还应该写成大而且接触足够良好的情况下才成立的 否则还应该写成 Tcmax Tj P Rjc Rcs Rsa Rjc 表示芯片内部至外壳的热阻 表示芯片内部至外壳的热阻 Rcs 表表 示外壳至散热片的热阻 示外壳至散热片的热阻 Rsa 表示散热片的热阻 没有散热片时 表示散热片的热阻 没有散热片时 Tcmax Tj P Rjc Rca Rca 表示外壳至空气的热阻 表示外壳至空气的热阻 一般使用条件用一般使用条件用 Tc Tj P Rjc 的公式近似 厂家规格书一般会给的公式近似 厂家规格书一般会给 出 出 Rjc P 等参数 一般等参数 一般 P 是在是在 25 度时的功耗 当温度大于度时的功耗 当温度大于 25 度度 时 会有一个降额指标 时 会有一个降额指标 举个实例 举个实例 一 三级管一 三级管 2N5551 规格书中给出规格书中给出 25 度度 Tc 时的功率是时的功率是 1 5W P Rjc 是是 83 3 度度 W 此代入公式有 此代入公式有 25 Tj 1 5 83 3 可以从中推出可以从中推出 Tj 为为 150 度 芯片最度 芯片最 高温度一般是不变的 高温度一般是不变的 所以有所以有 Tc 150 Ptc 83 3 其中 其中 Ptc 表示温度为表示温度为 Tc 时的功耗 假设时的功耗 假设 管子的功耗为管子的功耗为 1W 那么 那么 Tc 150 1 83 3 66 7 度 度 注意 此管子注意 此管子 25 度度 Tc 时的功率是时的功率是 1 5W 如果壳温高于 如果壳温高于 25 度度 功率功率 就要降额使用 规格书中给出的降额为就要降额使用 规格书中给出的降额为 12mW 度度 0 012W 度 度 我 我 们可以用公式来验证这个结论 假设温度为们可以用公式来验证这个结论 假设温度为 Tc 那么 功率降额为 那么 功率降额为 0 012 Tc 25 则此时最大总功耗为 则此时最大总功耗为 1 5 0 012 Tc 25 把此时的条 把此时的条 件代入公式得出 件代入公式得出 Tc 150 1 5 0 012 Tc 25 83 3 公式成立 公式成立 一般情况下没办法测一般情况下没办法测 Tj 可以经过测 可以经过测 Tc 的方法来估算的方法来估算 Ttj 公式变 公式变 为 为 Tj Tc P Rjc 同样与同样与 2N5551 为例 假设实际使用功率为为例 假设实际使用功率为 1 2W 测得壳温为 测得壳温为 60 度 那么 度 那么 Tj 60 1 2 83 3 159 96 此时已经超出了管子的最高结温此时已经超出了管子的最高结温 150 度了 度了 按照降额按照降额 0 012W 度的原则 度的原则 60 度时的降额为 度时的降额为 60 25 0 012 0 42W 1 5 0 42 1 08W 也就是说 壳温 也就是说 壳温 60 度时功率必须度时功率必须 小于小于 1 08W 否则超出最高结温 否则超出最高结温 假设规格书没有给出假设规格书没有给出 Rjc 的值 可以如此计算 的值 可以如此计算 Rjc Tj Tc P 如果也没有给出 如果也没有给出 Tj 数据 那么一般硅管的数据 那么一般硅管的 Tj 最大最大 为为 150 至至 175 度 同样以度 同样以 2N5551 为例 知道为例 知道 25 度时的功率为度时的功率为 1 5W 假设 假设 Tj 为为 150 那么代入上面的公式 那么代入上面的公式 Rjc 150 25 1 5 83 3 如果如果 Tj 取取 175 度度 则则 Rjc 175 25 1 5 96 6 所以这个器件的所以这个器件的 Rjc 在在 83 3 至至 96 6 之间 之间 如果厂家没有给出如果厂家没有给出 25 度时的功率 那么可以自己加一定的功率加到度时的功率 那么可以自己加一定的功率加到 使其壳温达到允许的最大壳温时 再把数据代入 使其壳温达到允许的最大壳温时 再把数据代入 Rjc Tjmax Tcmax P 有给有给 Tj 最好 没有时 一般硅管的最好 没有时 一般硅管的 Tj 取取 150 度度 我还要作一下补充说明 我还要作一下补充说明 一 可以把半导体器件分为功率器件和小功率器件 一 可以把半导体器件分为功率器件和小功率器件 1 大功率器件的额定功率一般是指带散热器时的功率 散热器足够 大功率器件的额定功率一般是指带散热器时的功率 散热器足够 大时且散热良好时 可以认为其表面到环境之间的热阻为大时且散热良好时 可以认为其表面到环境之间的热阻为 0 所以 所以 理想状态时壳温即等于环境温度 功率器件由于采用了特殊的工艺 理想状态时壳温即等于环境温度 功率器件由于采用了特殊的工艺 所以其最高允许结温有的可以达到所以其最高允许结温有的可以达到 175 度 但是为了保险起见 一度 但是为了保险起见 一 律可以按律可以按 150 度来计算 适用公式 度来计算 适用公式 Tc Tj P Rjc 设计时 设计时 Tj 最最 大值为大值为 150 Rjc 已知 假设环境温度也确定 根据壳温即等于环境已知 假设环境温度也确定 根据壳温即等于环境 温度 那么此时允许的温度 那么此时允许的 P 也就随之确定 也就随之确定 2 2 小功率半导体器件 比如小晶体管 小功率半导体器件 比如小晶体管 ICIC 一般使用时是不带散热 一般使用时是不带散热 器的 所以这时就要考虑器件壳体到空气之间的热阻了 一般厂家器的 所以这时就要考虑器件壳体到空气之间的热阻了 一般厂家 规格书中会给出规格书中会给出 RjaRja 即结到环境之间的热阻 即结到环境之间的热阻 Rja Rjc Rca Rja Rjc Rca 同样以三级管同样以三级管 2N55512N5551 为例 其最大使用功率为例 其最大使用功率 1 5W1 5W 是在其壳温是在其壳温 2525 度度 时取得的 假设此时环境温度恰好是时取得的 假设此时环境温度恰好是 2525 度 又要消耗度 又要消耗 1 5W1 5W 的功率 的功率 还要保证可温也是还要保证可温也是 2525 度 唯一的可能就是它得到足够良好的散热 度 唯一的可能就是它得到足够良好的散热 但是一般像但是一般像 2N55512N5551 这样这样 TO 92TO 92 封装的三极管 是不可能带散热器使封装的三极管 是不可能带散热器使 用的 所以此时 小功率半导体器件要用到的公式是 用的 所以此时 小功率半导体器件要用到的公式是 TcTc Tj Tj P RjaP Rja Rja Rja 结到环境之间的热阻 一般小功率半导体器件的厂家会在规格结到环境之间的热阻 一般小功率半导体器件的厂家会在规格 书中给出这个参数 书中给出这个参数 2N55512N5551 的的 RjaRja 厂家给的值是厂家给的值是 200200 度度 W W 已知其最高结温是 已知其最高结温是 150150 度 度 那么其壳温为那么其壳温为 2525 度时 允许的功耗可以把上述数据代入度时 允许的功耗可以把上述数据代入 TcTc Tj Tj P RjaP Rja 得到 得到 25 150 P 200 25 150 P 200 得到 得到 P 0 625WP 0 625W 事实上 规格书中就是 事实上 规格书中就是 0 625W0 625W 因为因为 2N55512N5551 不会加散热器使用 所以我们平常说的不会加散热器使用 所以我们平常说的 2N55512N5551 的功率的功率 是是 0 625W0 625W 而不是而不是 1 5W1 5W 还有要注意 还有要注意 SOT 23SOT 23 封装的晶体管其额定功率和封装的晶体管其额定功率和 RjaRja 数据是在焊接数据是在焊接 到规定的焊盘 有一定的散热功能 上时测得的 到规定的焊盘 有一定的散热功能 上时测得的 3 3 另外告诉大家一个窍门 其实一般规格书中的最大允许储存温度 另外告诉大家一个窍门 其实一般规格书中的最大允许储存温度 其实也是最大允许结温 最大允许操作温度其实也就是最大允许壳其实也是最大允许结温 最大允许操作温度其实也就是最大允许壳 温 温 最大允许储存温度时 功率最大允许储存温度时 功率 P P 当然为当然为 0 0 所以公式变为 所以公式变为 TcmaxTcmax Tjmax Tjmax 0 Rjc0 Rjc 即 即 TcmaxTcmax Tjmax Tjmax 是不是很神奇 是不是很神奇 最大允许操作温度 一般民用级 商业级 为最大允许操作温度 一般民用级 商业级 为 7070 度 工业级的为度 工业级的为 8080 度 普通产品用的都是民用级的器件 工业级的一般贵很多 度 普通产品用的都是民用级的器件 工业级的一般贵很多 热路的计算 只要抓住这个原则就可以了 从芯片内部开始算起 热路的计算 只要抓住这个原则就可以了 从芯片内部开始算起 任何两点间的温差 都等于器件的功率乘以这两点之间的热阻 这任何两点间的温差 都等于器件的功率乘以这两点之间的热阻 这 有点像欧姆定律 任何两点之间的压降 都等于电流 乘以这两点有点像欧姆定律 任何两点之间的压降 都等于电流 乘以这两点 间的电流 间的电流 不过要注意 热量在传导过程中 任何介质 以及任何介质之间 不过要注意 热量在传导过程中 任何介质 以及任何介质之间 都有热阻的存在 当然热阻小时可以忽略 比如散热器面积足够大都有热阻的存在 当然热阻小时可以忽略 比如散热器面积足够大 时 其与环境温度接近 这时就可以认为热阻为时 其与环境温度接近 这时就可以认为热阻为 0 如果器件本身 如果器件本身 的热量就造成了周围环境温度上升 说明其散热片 有散热片的话 的热量就造成了周围环境温度上升 说明其散热片 有散热片的话 或外壳与环境之间的热阻比较大 这时 最简单的方法就是直接用或外壳与环境之间的热阻比较大 这时 最简单的方法就是直接用 Tc Tj P Rjc 来计算 其中来计算 其中 Tc 为壳温 为壳温 Rjc 为结壳之间的热阻 为结壳之间的热阻 如果你如果你 Tc 换成散热片 有散热片的话 表面温度 那么公式中的热换成散热片 有散热片的话 表面温度 那么公式中的热