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  • 电子器件热设计估算技巧 1

           半导体器件可以分为大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

    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,还要保证壳温也是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。


    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 - 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

    两点间的电阻。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,TC 是指芯片壳体表面中心处的温度。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加上壳与散热器之

    间的在加散热器本身的热阻!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。

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