热阻设计方法.doc

1、一般，热阻公式中， Tcmax=Tj - P*Rjc 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 Tcmax=Tj - P*（Rjc+Rcs+Rsa)。Rjc 表示芯片内部至外壳的热阻， Rcs表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，Tcmax=Tj - P*（Rjc+Rca)。Rca表示外壳至空气的热阻。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出，Rjc，P 等参数。一般 P 是在 25度时的功耗。当温度大于 25 度时，会有一个降额指标。举个实例：一、三级管 2N5551规格书中给出 25 度(Tc

2、)时的功率是 1.5W(P)，Rjc 是 83.3度/W。此代入公式有： 25=Tj-1.5*83.3可以从中推出 Tj 为 150度。芯片最高温度一般是不变的。所以有 Tc=150-Ptc*83.3，其中 Ptc 表示温度为 Tc 时的功耗。假设管子的功耗为 1W，那么，Tc=150-1*83.3=66.7度。注意，此管子 25 度(Tc)时的功率是 1.5W，如果壳温高于 25 度,功率就要降额使用。规格书中给出的降额为 12mW/度(0.012W/度）。我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0.012*(Tc-25)。则此时最大总功耗为 1.5-0.012*(T

3、c-25)。把此时的条件代入公式得出：Tc=150-（1.5-0.012*(Tc-25)83.3，公式成立。一般情况下没办法测 Tj ，可以经过测 Tc 的方法来估算 Ttj 。公式变为：Tj=Tc+P*Rjc同样与 2N5551为例。假设实际使用功率为 1.2W，测得壳温为 60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 150度了！按照降额 0.012W/度的原则，60 度时的降额为（ 60-25）0.012=0.42W，1.5-0.42=1.08W。也就是说，壳温 60 度时功率必须小于 1.08W，否则超出最高结温。假设规格书没有给出 Rjc 的值

4、，可以如此计算：Rjc=(Tj-Tc)/P，如果也没有给出 Tj 数据，那么一般硅管的 Tj 最大为 150至 175度。同样以 2N5551为例。知道 25 度时的功率为1.5W，假设 Tj 为 150，那么代入上面的公式：Rjc=(150-25)/1.5=83.3如果 Tj 取 175度则Rjc=(175-25)/1.5=96.6所以这个器件的 Rjc 在 83.3至 96.6之间。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 Tj 最好，没有时，一般硅管的 Tj 取150度我还要作一

5、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。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 175度。但是为了保险起见，一律可以按 150度来计算。适用公式： Tc=Tj - P*Rjc。设计时，Tj 最大值为 150，Rjc 已知，假设环境温度也确定，根据壳温即等于环境温度，那么此时允许的 P 也就随之确定。2、小功率半导体器件，比如小晶体管， IC，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

6、了。一般厂家规格书中会给出 Rja，即结到环境之间的热阻。（Rja=Rjc+Rca)。同样以三级管 2N5551为例，其最大使用功率 1.5W是在其壳温 25 度时取得的。假设此时环境温度恰好是 25 度，又要消耗 1.5W的功率，还要保证可温也是 25 度，唯一的可能就是它得到足够良好的散热！但是一般像 2N5551这样 TO-92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：Tc =Tj - P*RjaRja: 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。2N5551的 Rja 厂家给的值是 200度/W。已知其最高结温是 15

7、0 度，那么其壳温为 25 度时，允许的功耗可以把上述数据代入 Tc=Tj-P*Rja 得到：25=150-P*200,得到，P=0.625W。事实上，规格书中就是 0.625W。因为 2N5551不会加散热器使用，所以我们平常说的 2N5551的功率是 0.625W而不是 1.5W！还有要注意， SOT-23封装的晶体管其额定功率和 Rja 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。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。最大允许储存温度时，功率 P当然为 0，所以公式变为 Tcmax=Tjmax

8、 -0*Rjc ，即 Tcmax=Tjmax。是不是很神奇！最大允许操作温度，一般民用级（商业级）为 70 度，工业级的为80 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，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，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 0。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）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 Tc 为壳温， Rjc 为结壳之间的热阻。如果你 Tc 换成散热片（有散