怎樣計(jì)算元件溫度？

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2022-11-16 18:42:11 753

在我們購買及做電路方案時(shí)往往需要考慮到元件的溫度，畢竟每個(gè)元件都會有溫度的范圍限制，那這時(shí)候就需要對元件的溫度做個(gè)計(jì)算之后才能選配適合的元件，那么原件的溫度改如何計(jì)算，下邊小編就給大家分享下元件溫度的計(jì)算方法：

結(jié)點(diǎn)溫度的計(jì)算方法1：根據(jù)管殼溫度

可根據(jù)管殼溫度求出結(jié)點(diǎn)溫度。

計(jì)算方法1或者2中介紹的，用結(jié)點(diǎn)-管殼間的熱電阻代替結(jié)點(diǎn)-環(huán)境間熱電阻：Rth(j-c)的計(jì)算方法。如下。

Tj=Tc+Rth(j-c)×P

Tc: 外殼溫度*
Rth(j-c): 結(jié) - 外殼之間的熱阻
P: 効耗**

*薩科微用放射溫度計(jì)測量標(biāo)記面最高溫點(diǎn)的溫度。請注意，測量方法不同測量溫度會有很大變化。

**功耗不固定，時(shí)間變化時(shí)按照平均功耗近似計(jì)算。

不過，特別是Rth(j-c)的值會根據(jù)貼裝的電路板和焊接等的散熱條件有很大變化，所以請注意，在敝公司標(biāo)準(zhǔn)電路板上的測量值很多時(shí)候不適合客戶的電路板。
作為例子，顯示了隨著電路板集電極land面積的變大Rth(j-c)變小的示例。（除了集電極land的面積、厚度、材質(zhì)，電路板的材質(zhì)、大小、布線尺寸等也會引起變化。）

例如，施加時(shí)間為30ms時(shí)，因?yàn)镽th(j-a)是20oC/W，所以如果在周圍溫度25oC下施加30ms 3W的功率，結(jié)點(diǎn)溫度是

這樣，Rth(j-c)的值容易根據(jù)電路板條件發(fā)生變化，而且正確的管殼溫度測量又很難，所以作為推定結(jié)點(diǎn)溫度的方法，不怎么推薦。

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結(jié)點(diǎn)溫度的計(jì)算方法2：根據(jù)周圍溫度（基本）

結(jié)點(diǎn)溫度（或通道溫度）可根據(jù)周圍溫度和功耗計(jì)算。根據(jù)熱電阻的思考方法，

Tj=Ta+Rth(j-a)×P

Ta:周圍溫度（測量的房間溫度）
Rth(j-a): 結(jié) - 大氣之間的熱阻*
P: 功耗**

*Rth(j-a)：結(jié)點(diǎn)-環(huán)境間的熱電阻根據(jù)貼裝的電路板的不同而不同。
向敝公司標(biāo)準(zhǔn)的電路板上貼裝時(shí)的值表示為 "代表性封裝的電阻值" 。

Rth(j-a)的值根據(jù)各個(gè)晶體管的不同而不同，但如果封裝相同，可以認(rèn)為該值幾乎是很接近的值。

**功耗不固定，時(shí)間變化時(shí)按照平均功耗近似計(jì)算。
（平均功耗的求法請參照 "晶體管可否使用的判定方法" ）

下圖顯示了Rth(j-a)是250oC/W、周圍溫度是25oC時(shí)的功耗和結(jié)點(diǎn)溫度的關(guān)系。

結(jié)點(diǎn)溫度和功耗成比例上升。這時(shí)的比例常數(shù)是Rth(j-a)。Rth(j-a)是250oC/W，
所以功耗每上升0.1W結(jié)點(diǎn)溫度上升25oC。
功耗是0.5W時(shí)結(jié)點(diǎn)溫度是150oC，所以這個(gè)例子中功耗不能超過0.5W。

另外，Rth(j-a)同樣是250oC/W，要考慮周圍溫度的變化。

即，即使施加相同的功率，周圍溫度上升時(shí)結(jié)點(diǎn)溫度也相應(yīng)上升，所以能夠施加的功率變小。
不僅熱電阻，周圍溫度也會影響最大功耗。周圍溫度150°C時(shí)能夠施加的功率為零，所以

100% ÷ (150°C-25°C)＝0.8%/°C

可以得知上述比例下的最大功耗變小。

下面的功率降低曲線表示出了該關(guān)系。

功率降低曲線的降低率是用百分比表示的，所以可適用于所有封裝。
例如，MPT3封裝25oC時(shí)的最大施加功率是0.5W，0.8%/oC的比例下可施加的功率變小，
50oC時(shí)變?yōu)樵瓉淼?0%（降低20%）即0.4W，100oC時(shí)變?yōu)樵瓉淼?0%（降低60%）即0.2W。

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結(jié)點(diǎn)溫度的計(jì)算方法3：根據(jù)周圍溫度（瞬態(tài)熱阻）

在 "1. 根據(jù)周邊溫度（基本）" 中，考慮了連續(xù)施加功率時(shí)的例子。
接著，考慮由于瞬間施加功率引起的溫度上升。
由于瞬間施加功率引起的溫度上升用瞬態(tài)熱阻計(jì)算。

該圖表表示瞬態(tài)性的熱電阻（瞬態(tài)熱阻）。橫軸是脈沖幅度，縱軸是熱阻Rth(j-a)。
根據(jù)該圖可知，隨著施加時(shí)間變長結(jié)點(diǎn)溫度上升，約200秒后熱飽和并達(dá)到一定溫度。

例如，施加時(shí)間為30ms時(shí)Rth(j-a)是20oC/W，所以如果在周圍溫度25oC下30ms施加3W功率，可知結(jié)點(diǎn)溫度是：

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

一次施加瞬間功率時(shí)，可通過該算式求得結(jié)點(diǎn)溫度。

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關(guān)于結(jié)點(diǎn)-管殼間熱電阻Rth(j-c)

結(jié)點(diǎn)-管殼間熱電阻Rth(j-c)本來是將TO220封裝等的自立型器件固定在散熱板上使用的情況下使用的值。在這種情況下，管殼-散熱板之間是主要的散熱路徑，所以通過測量該路徑中的管殼溫度可正確地求得結(jié)點(diǎn)溫度。尤其，在假設(shè)使用具有理想散熱性的散熱板（無限大散熱板）的情況下，有時(shí)會在認(rèn)為散熱能力無限大，且管殼溫度=大氣溫度，（顯示Tc=25oC等）管殼溫度=25oC的條件下計(jì)算。（無限大散熱板的熱電阻：因?yàn)镽th(c-a)=0，所以Rth(j-a)=Rth(j-c)。）

可是，對于面貼裝型器件，從器件下面的電路板散熱是主要的散熱路徑，所以測量這部分的管殼溫度比較困難。
由于和總體散熱量相比標(biāo)記面的散熱比例很小，所以即使測量器件標(biāo)記面的溫度，也不適于作為推定結(jié)點(diǎn)溫度的值。

關(guān)于面貼裝產(chǎn)品，由于大多都要求知道Rth(j-c)的值，所以有時(shí)會貼裝在敝公司的標(biāo)準(zhǔn)電路板上測量標(biāo)記面溫度來提供Rth(j-c)的值。此時(shí)的Rth(j-c)是貼裝在敝公司標(biāo)準(zhǔn)電路板上這一特別條件下的值。在貼裝于和敝公司標(biāo)準(zhǔn)電路板不同的電路板時(shí)，由于從標(biāo)記面的散熱比例會發(fā)生變化，所以Rth(j-c)的值變化，無法推定結(jié)點(diǎn)溫度。

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代表性封裝的電阻值

本數(shù)據(jù)是在測量特定LOT的基礎(chǔ)上制作的。因此，請作為參考值靈活使用本數(shù)據(jù)。
（不是保證值和最大、最小值。）
Rth(j-a)會根據(jù)貼裝電路板和焊接決定的散熱條件與溫度測量方法有很大變化，
所以請作為參考值靈活使用。

封裝	VMT3	EMT3	EMT5	EMT6	TUMT3
貼裝電路板
FR4電路板尺寸 (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
備注	－	－	僅1元件工作時(shí)	僅1元件工作時(shí)	－

封裝	TUMT6	UMT3	UMT5	UMT6	SMT3
貼裝電路板
FR4電路板尺寸 (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
備注	僅1元件工作時(shí)	－	僅1元件工作時(shí)	僅1元件工作時(shí)	－

封裝	SMT5	SMT6	TSMT3	TSMT5	TSMT6
貼裝電路板
FR4電路板尺寸 (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
備注	僅1元件工作時(shí)	僅1元件工作時(shí)	－	僅1元件工作時(shí)	僅1元件工作時(shí)

封裝	SOP8	MPT3	CPT3	SST3
貼裝電路板
FR4電路板尺寸 (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
備注	僅1元件工作時(shí)	－	－	－

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