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热阻计算

热阻计算
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。

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,还要保证结温也是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*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150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。

二、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 - 0*Rjc,即Tcmax =Tjmax。

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。

三、热路的计算,只要抓住以下原则就可以了: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,都等于电阻乘以这两点间的电流。

没有工作时就可以认为热阻为0。

如果器件在工作,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(有散热片的话)表面温度,那么公式
中的热阻还必须是结壳之间的热阻,加上壳与散热器之间的热阻,再加上散热器本身的热阻!另外,如果你的温度点是以环境来取点,那么,想想这中间包含了还有哪些热路吧。

比如,散热片与测试腔体内空气之间的热阻,腔体内空气与腔体外空气间的热阻。

这样就比较难算了。

TC:壳温
TJ:结温(一般按150℃算)
P:功耗(当温度大于25度时,会有一个降额指标)
Rjc:结壳之间的热阻
若散热面积(25—35平方厘米/1W)足够的话,热阻可以忽略不计(0)
目前我司1W产品的热阻值在10-12℃/W
影响热阻的因素过多,测试热阻值需要专用的设备。

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