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  • 計算元器件的結溫及熱阻值的解析
    • 發布時間:2023-04-18 17:36:10
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    計算元器件的結溫及熱阻值的解析
    θJA是熱阻的單位,用來表示空氣到結溫的阻值,單位是℃/W或K/W。做電路設計都需要用到以下的公式來計算元器件的結溫:
    TJ=TA+θJA·PH
    式子中:TJ表示元器件的結溫,單位是℃;
    TA表示環境的溫度,單位是℃;
    PH表示元器件的功耗,單位是W;
    現在讓我們來仔細研究一下這些參數值,看看它們是如何在數據手冊中欺騙了你這么多年。
    首先來看TA。TA是指元器件所處的環境溫度,這個值在半導體制造商處的定義如圖1所示。然而,在實際的產品中是不可能有這樣的環境來滿足TA測試條件的。
    在哪里測試TA其實并沒有好的定義,TA不可能是控制器外的空氣溫度,因為元器件的溫度明顯取決于元器件周圍的空氣。
    那么,就需要確定測試點離元器件的距離和具體點的位置。但是,在實際的工程中沒有任何一家公司對如何測量給出確切的定義,因而這個值首先就是不確定的。
    元器件 結溫 熱阻值
    圖1:半導體制造商關于環境溫度的測試描述。
    再看θJA。這是指器件從環境到結溫所處的溫升阻值。和TA的定義類似,這也是一個理想狀態下的值。以TLE42754為例,TLE42754是一顆在汽車電源中廣泛使用的LDO,主要將系統的12V電源轉換成5V。圖2為以TO-252-5封裝為例的TLE42754的熱阻值。
    元器件 結溫 熱阻值
    圖2:TLE42754的熱阻值。
    TLE42754的熱阻值到底等于多少?以TO-252-5封裝的數據手冊為例,數據手冊中給出了4個值(27℃/W、42℃/W、57℃/W、110℃/W)。這里假設選擇27℃/W為最接近設計實例的情況來計算。
    按照12V輸入、5V輸出、最大輸出電流450mA,那么TLE42754的最大功率為3.15W,溫升約為85℃(27℃/W·3.15W)。但事實真的如此嗎?太簡單的認真,其實可能是錯誤的。
    熱阻值在數據手冊的定義為芯片結(junction)到空氣(ambient)的熱阻。當芯片的功耗和環境溫度已知的時候,可以通過公式來計算芯片的結溫。
    但數據手冊給出的熱阻,并非在實際工程中會出現的熱阻,例如TLE42754關于27℃/W的條件備注(即圖2的第2條備注)。因而,這又是一個不確定的量。
    最后來看TJ結溫。結是晶體管中的術語,當P型半導體和N型半導體形成PN結的時候叫做結。從半導體誕生開始,這個名詞一直沿用至今,從而產生了誤導。
    現在的器件上有幾十甚至上百萬個結點在一個核心區域,按照科學嚴謹的稱呼,叫做核心溫度是不是更加貼切和準確呢?
    從以上對于計算公式中的三個參數(TA、θJA、TJ)的分析,可以看到,每個參數給出值的同時都帶特定的條件和要求,因而不能簡單的套用公式來給出答案。
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