芯片热阻的理解

2023-05-16

基本概念:

Ta:Temperature Ambient 环境温度

Tc:Temperature Case外壳温度

Tj:Temperature Junction节点温度

热阻Rja:芯片的热源结Junction到外围冷却空气Ambient的总热阻,乘以其发热量即获得器件的温升。

热阻Rjc:芯片的热源结到外壳间的热阻,乘以发热量即获得结与壳的温差。

热阻Rjb:芯片的热源结到PCB板间的热阻,乘以通过单板热导的散热量即获得结与单板间的温差。

电子元件热阻的计算:

通用公式:Tcmax=Tj-P*(Rjc+Rcs+Rsa)

条件1:散热片heat sink足够大而且接触足够良好的情况下:

热阻公式:Tcmax=Tj-P*Rjc

条件2::散热片heat sink不大或者接触足够一般/较差的情况下:

热阻公式:Tcmax=Tj-P*(Rjc+Rcs+Rsa)

--------其中,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

条件3:没有散热片情况下:

大功率半导体器件:热阻公式Tcmax=Tj-P*(Rjc+Rca),其中Rca表示外壳至空气的热阻

小功率半导体器件:热阻公式Tcmax=Tj-P*Rja,其中Rja表示结到环境之间的热阻

三极管2N5551(以下计算是在加有足够大的散热片而且接触足够良好的情况下)

 规格书中给出25度(Tc)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(降低使用功率)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*(Tc-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 。  

    同样以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: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。 

 

自己的理解:

芯片手册上对于热阻的描述可能会有两种:

第一种是给出了最大结温TJmax和RJA两个参数

则结温的计算公式:TJ=TA+RJA*P; TA指环境温度,TJ即是我们在功率P时的芯片结温,这个温度不能大于手册中给的最大结温TJmax

第二种是给出了最大结温TJmax和RJC这两个参数。

则结温的计算公式:TJ=TC+RJC*P; TC指芯片封装表面的温度,TJ即是我们在功率P时的芯片结温,这个温度不能大于手册中给的最大结温TJmax

参考链接:

1.

https://blog.csdn.net/qq_36880027/article/details/81587606?depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task&utm_source=distribute.pc_relevant.none-task

2.https://blog.csdn.net/m0_37571330/article/details/90454100

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