电子元器件 热阻的理解

今天早上在看开关电源的设计资料,其中提到开关管的参数选型时有说到热阻的概念。对于这个概念,一直都感觉没有彻底理解这个参数,模糊中记得热阻就像电阻一样,电阻式阻碍电子流动的量纲,而热阻就是阻碍热量流动的量纲。也不知道这样的理解对不对,因此网上再检索些资料,以便加深理解。

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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

***********************************举例*************************************

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(Tc)时的功率是1.5W(P)Rjc83.3/W。此代入公式有:25=Tj-1.5*83.3可以从中推出Tj150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(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/(0.012W/)。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=0.42W1.5-0.42=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150175度。同样以2N5551为例.知道25度时的功率为1.5W,假设Tj150,那么代入上面的公式: Rjc=(150-25)/1.5=83.3 如果Tj175度则 Rjc=(175-25)/1.5=96.6 所以这个器件的Rjc83.396.6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Tj150度。  

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