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  • 計(jì)算元器件的結(jié)溫及熱阻值的解析
    • 發(fā)布時(shí)間:2023-04-18 17:36:10
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    計(jì)算元器件的結(jié)溫及熱阻值的解析
    θJA是熱阻的單位,用來(lái)表示空氣到結(jié)溫的阻值,單位是℃/W或K/W。做電路設(shè)計(jì)都需要用到以下的公式來(lái)計(jì)算元器件的結(jié)溫:
    TJ=TA+θJA·PH
    式子中:TJ表示元器件的結(jié)溫,單位是℃;
    TA表示環(huán)境的溫度,單位是℃;
    PH表示元器件的功耗,單位是W;
    現(xiàn)在讓我們來(lái)仔細(xì)研究一下這些參數(shù)值,看看它們是如何在數(shù)據(jù)手冊(cè)中欺騙了你這么多年。
    首先來(lái)看TA。TA是指元器件所處的環(huán)境溫度,這個(gè)值在半導(dǎo)體制造商處的定義如圖1所示。然而,在實(shí)際的產(chǎn)品中是不可能有這樣的環(huán)境來(lái)滿(mǎn)足TA測(cè)試條件的。
    在哪里測(cè)試TA其實(shí)并沒(méi)有好的定義,TA不可能是控制器外的空氣溫度,因?yàn)樵骷臏囟让黠@取決于元器件周?chē)目諝狻?/div>
    那么,就需要確定測(cè)試點(diǎn)離元器件的距離和具體點(diǎn)的位置。但是,在實(shí)際的工程中沒(méi)有任何一家公司對(duì)如何測(cè)量給出確切的定義,因而這個(gè)值首先就是不確定的。
    元器件 結(jié)溫 熱阻值
    圖1:半導(dǎo)體制造商關(guān)于環(huán)境溫度的測(cè)試描述。
    再看θJA。這是指器件從環(huán)境到結(jié)溫所處的溫升阻值。和TA的定義類(lèi)似,這也是一個(gè)理想狀態(tài)下的值。以TLE42754為例,TLE42754是一顆在汽車(chē)電源中廣泛使用的LDO,主要將系統(tǒng)的12V電源轉(zhuǎn)換成5V。圖2為以TO-252-5封裝為例的TLE42754的熱阻值。
    元器件 結(jié)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(shù)據(jù)手冊(cè)為例,數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出了4個(gè)值(27℃/W、42℃/W、57℃/W、110℃/W)。這里假設(shè)選擇27℃/W為最接近設(shè)計(jì)實(shí)例的情況來(lái)計(jì)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(shí)真的如此嗎?太簡(jiǎn)單的認(rèn)真,其實(shí)可能是錯(cuò)誤的。
    熱阻值在數(shù)據(jù)手冊(cè)的定義為芯片結(jié)(junction)到空氣(ambient)的熱阻。當(dāng)芯片的功耗和環(huán)境溫度已知的時(shí)候,可以通過(guò)公式來(lái)計(jì)算芯片的結(jié)溫。
    但數(shù)據(jù)手冊(cè)給出的熱阻,并非在實(shí)際工程中會(huì)出現(xiàn)的熱阻,例如TLE42754關(guān)于27℃/W的條件備注(即圖2的第2條備注)。因而,這又是一個(gè)不確定的量。
    最后來(lái)看TJ結(jié)溫。結(jié)是晶體管中的術(shù)語(yǔ),當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體形成PN結(jié)的時(shí)候叫做結(jié)。從半導(dǎo)體誕生開(kāi)始,這個(gè)名詞一直沿用至今,從而產(chǎn)生了誤導(dǎo)。
    現(xiàn)在的器件上有幾十甚至上百萬(wàn)個(gè)結(jié)點(diǎn)在一個(gè)核心區(qū)域,按照科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆Q(chēng)呼,叫做核心溫度是不是更加貼切和準(zhǔn)確呢?
    從以上對(duì)于計(jì)算公式中的三個(gè)參數(shù)(TA、θJA、TJ)的分析,可以看到,每個(gè)參數(shù)給出值的同時(shí)都帶特定的條件和要求,因而不能簡(jiǎn)單的套用公式來(lái)給出答案。
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