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怎樣計算元件溫度？-薩科微

2022-11-16 786

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

結點溫度的計算方法1：根據管殼溫度

可根據管殼溫度求出結點溫度。

計算方法1或者2中介紹的，用結點-管殼間的熱電阻代替結點-環境間熱電阻：Rth(j-c)的計算方法。如下。

Tj=Tc+Rth(j-c)×P

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

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

**功耗不固定，時間變化時按照平均功耗近似計算。

不過，特別是Rth(j-c)的值會根據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，在敝公司標準電路板上的測量值很多時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，電路板的材質、大小、布線尺寸等也會引起變化。）

例如，施加時間為30ms時，因為Rth(j-a)是20oC/W，所以如果在周圍溫度25oC下施加30ms 3W的功率，結點溫度是

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

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結點溫度的計算方法2：根據周圍溫度（基本）

結點溫度（或通道溫度）可根據周圍溫度和功耗計算。根據熱電阻的思考方法，

Tj=Ta+Rth(j-a)×P

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

*Rth(j-a)：結點-環境間的熱電阻根據貼裝的電路板的不同而不同。
向敝公司標準的電路板上貼裝時的值表示為 "代表性封裝的電阻值" 。

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

**功耗不固定，時間變化時按照平均功耗近似計算。
（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時的功耗和結點溫度的關系。

結點溫度和功耗成比例上升。這時的比例常數是Rth(j-a)。Rth(j-a)是250oC/W，
所以功耗每上升0.1W結點溫度上升25oC。
功耗是0.5W時結點溫度是150oC，所以這個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，周圍溫度上升時結點溫度也相應上升，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時變為原來的80%（降低20%）即0.4W，100oC時變為原來的40%（降低60%）即0.2W。

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結點溫度的計算方法3：根據周圍溫度（瞬態熱阻）

在 "1. 根據周邊溫度（基本）" 中，考慮了連續施加功率時的例子。
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熱阻計算。

該圖表表示瞬態性的熱電阻（瞬態熱阻）。橫軸是脈沖幅度，縱軸是熱阻Rth(j-a)。
根據該圖可知，隨著施加時間變長結點溫度上升，約200秒后熱飽和并達到一定溫度。

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

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

一次施加瞬間功率時，可通過該算式求得結點溫度。

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關于結點-管殼間熱電阻Rth(j-c)

結點-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點溫度。尤其，在假設使用具有理想散熱性的散熱板（無限大散熱板）的情況下，有時會在認為散熱能力無限大，且管殼溫度=大氣溫度，（顯示Tc=25oC等）管殼溫度=25oC的條件下計算。（無限大散熱板的熱電阻：因為Rth(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記面的散熱比例很小，所以即使測量器件標記面的溫度，也不適于作為推定結點溫度的值。

關于面貼裝產品，由于大多都要求知道Rth(j-c)的值，所以有時會貼裝在敝公司的標準電路板上測量標記面溫度來提供Rth(j-c)的值。此時的Rth(j-c)是貼裝在敝公司標準電路板上這一特別條件下的值。在貼裝于和敝公司標準電路板不同的電路板時，由于從標記面的散熱比例會發生變化，所以Rth(j-c)的值變化，無法推定結點溫度。

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代表性封裝的電阻值

本數據是在測量特定LOT的基礎上制作的。因此，請作為參考值靈活使用本數據。
（不是保證值和最大、最小值。）
Rth(j-a)會根據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	僅1元件工作時	－

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	－	僅1元件工作時	僅1元件工作時	－

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	僅1元件工作時	－	僅1元件工作時	僅1元件工作時

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	－	－	－