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什么是晶体管?元件温度计算方法

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结点温度的计算方法1:根据周围温度(基本)

结点温度(或通道温度)可根据周围温度和功耗计算。根据热电阻的思考方法,

Tj=Ta+Rth(j-a)×P

Ta

:周围温度(测量的房间室温)

Rth(j-a)

: 结 - 大气之间的热阻*

P

: 功耗**

*Rth(j-a):结点-环境间的热电阻根据贴装的电路板的不同而不同。
向敝公司标准的电路板上贴装时的值表示为 "代表性封装的电阻值" 。

Rth(j-a)的值根据各个晶体管的不同而不同,但如果封装相同,可以认为该值几乎是很接近的值。

**功耗不固定,时间变化时按照平均功耗近似计算。
(平均功耗的求法请参照 "晶体管可否使用的判定方法" )

下图显示了Rth(j-a)是250ºC/W、周围温度是25ºC时的功耗和结点温度的关系。

结温 vs. 功耗

结点温度和功耗成比例上升。这时的比例常数是Rth(j-a)。Rth(j-a)是250ºC/W,
所以功耗每上升0.1W结点温度上升25ºC。
功耗是0.5W时结点温度是150ºC,所以这个例子中功耗不能超过0.5W。

另外,Rth(j-a)同样是250ºC/W,要考虑周围温度的变化。

结温 vs. 功耗

即,即使施加相同的功率,周围温度上升时结点温度也相应上升,所以能够施加的功率变小。
不仅热电阻,周围温度也会影响最大功耗。周围温度150°C时能够施加的功率为零,所以

100% ÷ (150°C-25°C)=0.8%/°C

可以得知上述比例下的最大功耗变小。

下面的功率降低曲线表示出了该关系。

功率降低曲线

功率降低曲线的降低率是用百分比表示的,所以可适用于所有封装。
例如,MPT3封装25ºC时的最大施加功率是0.5W,0.8%/ºC的比例下可施加的功率变小,
50ºC时变为原来的80%(降低20%)即0.4W,100ºC时变为原来的40%(降低60%)即0.2W。

结点温度的计算方法2:根据周围温度(瞬态热阻)

在 "1. 根据周边温度(基本)" 中,考虑了连续施加功率时的例子。
接着,考虑由于瞬间施加功率引起的温度上升。
由于瞬间施加功率引起的温度上升用瞬态热阻计算。

瞬态热阻(2SD2675)

该图表表示瞬态性的热电阻(瞬态热阻)。横轴是脉冲幅度,纵轴是热阻Rth(j-a)。
根据该图可知,随着施加时间变长结点温度上升,约200秒后热饱和并达到一定温度。

例如,施加时间为30ms时Rth(j-a)是20ºC/W,所以如果在周围温度25ºC下30ms施加3W功率,可知结点温度是:

Tj=Ta+Rth(j-a)×P
 =25°C+(20°C/W)×3W
 =85°C

一次施加瞬间功率时,可通过该算式求得结点温度。

结点温度的计算方法3:根据管壳温度

可根据管壳温度求出结点温度。

计算方法1或者2中介绍的,用结点-管壳间的热电阻代替结点-环境间热电阻:Rth(j-c)的计算方法。如下。

Tj=Tc+Rth(j-c)×P

Tc

: 外壳温度*

Rth(j-c)

: 结 - 外壳之间的热阻

P

: 効耗**

*罗姆用放射温度计测量标记面最高温点的温度。请注意,测量方法不同测量温度会有很大变化。

**功耗不固定,时间变化时按照平均功耗近似计算。

不过,特别是Rth(j-c)的值会根据贴装的电路板和焊接等的散热条件有很大变化,所以请注意,在敝公司标准电路板上的测量值很多时候不适合客户的电路板。
作为例子,显示了随着电路板集电极land面积的变大Rth(j-c)变小的示例。(除了集电极land的面积、厚度、材质,电路板的材质、大小、布线尺寸等也会引起变化。)

例如,施加时间为30ms时,因为Rth(j-a)是20ºC/W,所以如果在周围温度25ºC下施加30ms 3W的功率,结点温度是

2SD2673 (TSMT3) Rth(j-c) vs 集电极焊盘面积

这样,Rth(j-c)的值容易根据电路板条件发生变化,而且正确的管壳温度测量又很难,所以作为推定结点温度的方法,不怎么推荐。

关于结点-管壳间热电阻Rth(j-c)

结点-管壳间热电阻Rth(j-c)本来是将TO220封装等的自立型器件固定在散热板上使用的情况下使用的值。在这种情况下,管壳-散热板之间是主要的散热路径,所以通过测量该路径中的管壳温度可正确地求得结点温度。尤其,在假设使用具有理想散热性的散热板(无限大散热板)的情况下,有时会在认为散热能力无限大,且管壳温度=大气温度,(显示Tc=25ºC等)管壳温度=25ºC的条件下计算。(无限大散热板的热电阻:因为Rth(c-a)=0,所以Rth(j-a)=Rth(j-c)。)

说明

可是,对于面贴装型器件,从器件下面的电路板散热是主要的散热路径,所以测量这部分的管壳温度比较困难。
由于和总体散热量相比标记面的散热比例很小,所以即使测量器件标记面的温度,也不适于作为推定结点温度的值。

对于面贴装型器件

关于面贴装产品,由于大多都要求知道Rth(j-c)的值,所以有时会贴装在敝公司的标准电路板上测量标记面温度来提供Rth(j-c)的值。此时的Rth(j-c)是贴装在敝公司标准电路板上这一特别条件下的值。在贴装于和敝公司标准电路板不同的电路板时,由于从标记面的散热比例会发生变化,所以Rth(j-c)的值变化,无法推定结点温度。

代表性封装的电阻值

  • 本数据是在测量特定LOT的基础上制作的。因此,请作为参考值灵活使用本数据。
    (不是保证值和最大、最小值。)
  • Rth(j-a)会根据贴装电路板和焊接决定的散热条件与温度测量方法有很大变化,
    所以请作为参考值灵活使用。
封装 VMT3 EMT3 EMT5 EMT6 TUMT3
贴装电路板 VMT3 EMT3 EMT5 EMT6 TUMT3
FR4电路板尺寸
(unit:mm)
20×12×0.8 20×15×0.8 20×15×0.8 20×15×0.8 20×12×0.8
Rth(j-a)/
Rth(ch-a)
833°C / W 833°C / W 1042°C / W 1042°C / W 313°C / W
备注 仅1元件工作时 仅1元件工作时
封装 TUMT6 UMT3 UMT5 UMT6 SMT3
贴装电路板 TUMT6 UMT3 UMT5 UMT6 SMT3
FR4电路板尺寸
(unit:mm)
15×20×0.8 20×12×0.8 20×15×0.8 15×20×0.8 20×12×0.8
Rth(j-a)/
Rth(ch-a)
313°C / W 625°C / W 1042°C / W 1042°C / W 625°C / W
备注 仅1元件工作时 仅1元件工作时 仅1元件工作时
封装 SMT5 SMT6 TSMT3 TSMT5 TSMT6
贴装电路板 SMT5 SMT6 TSMT3 TSMT5 TSMT6
FR4电路板尺寸
(unit:mm)
20×15×0.8 20×15×0.8 30×15×0.8 20×15×0.8 20×15×0.8
Rth(j-a)/
Rth(ch-a)
625°C / W 625°C / W 250°C / W 250°C / W 250°C / W
备注 仅1元件工作时 仅1元件工作时 仅1元件工作时 仅1元件工作时
封装 SOP8 MPT3 CPT3 SST3
贴装电路板 SOP8 MPT3 CPT3 SST3  
FR4电路板尺寸
(unit:mm)
20×20×0.8 12×20×0.8 12×30×0.8 20×12×0.8  
Rth(j-a)/
Rth(ch-a)
160°C / W 250°C / W 125°C / W 625°C / W  
备注 仅1元件工作时  

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