关于电子元器件热阻的计算.pdf

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1、 整理为 word 格式 关于电子元器件热阻的计算【概念解释】Ta（Temperature Ambient-）环境温度 Tc（Temperature Case）外壳温度 Tj（Temperature Junction）节点温度 热阻 Rja：芯片的热源结（junction）到周围冷却空气（ambient）的总热阻，乘以其发热量即获得器件温升。热阻 Rjc：芯片的热源结到封装外壳间的热阻，乘以发热量即获得结与壳的温差。热阻 Rjb：芯片的结与 PCB 板间的热阻，乘以通过单板导热的散热量即获得结与单板间的温差。【电子元件热阻的计算】通用公式：Tcmax=Tj-P*(Rjc+Rcs+Rsa)【1】

2、散热片（heat sink）足够大而且接触足够良好的情况下：热阻公式 Tcmax=Tj-P*Rjc【2】散热片（heat sink）不大或者接触足够一般/较差的情况下：热阻公式 Tcmax=Tj-P*(Rjc+Rcs+Rsa)其中，Rjc 表示芯片内部至外壳的热阻，Rcs 表示外壳至散热片的热阻，Rsa 表示散热片的热阻.【3】没有散热片情况下：（1）大功率半导体器件 热阻公式 Tcmax=Tj-P*(Rjc+Rca)，其中，Rca 表示外壳至空气的热阻。（2）小功率半导体器件 热阻公式 Tc=Tj-P*Rja，其中 Rja:结到环境之间的热阻。注意：厂家规格书一般会给出 Rjc，P 等参数。

3、一般 P 是在 25 度时的功耗.当温度大于 25 度时，会有一个降额指标。实例:（1）三极管 2N5551（以下计算是在加有足够大的散热片而且接触足够良好的情况下）规格书中给出 25 度(Tc)时的功率是 1.5W(P)，Rjc 是 83.3 度/W。此代入公式有:25=Tj-1.5*83.3可以从中推出 Tj 为 150 度。芯片最高温度一般是不变的。所以有 Tc=150-Ptc*83.3，其中 Ptc 表示温度为 Tc 时的功耗。假设管子的功耗为 1W，那么，Tc=150-1*83.3=66.7 度。注意，此管子 25 度(Tc)时的功率是 1.5W，如果壳温高于 25 度，功率就要降额

4、（降低使用功率）使用。规格书中给出的降额为 12mW/度(0.012W/度)。我们可以用公式来验证这个结论.假设温度为 Tc，那么，功率降额为 0.012*(Tc-25).则此时最大总功耗为 1.5-0.012*(Tc-25)。把此时的条件代入公式得出:Tc=150-(1.5-0.012*(Tc-25)83.3，公式成立。一般情况下没办法测 Tj，可以经过测 Tc 的方法来估算 Ttj，公式变为:Tj=Tc+P*Rjc。同 样 以 2N5551 为 例。假 设 实 际 使 用 功 率 为 1.2W，测 得 壳 温 为 60 度，那 么:Tj=60+1.2*83.3=159.96 此时已经超出了

5、管子的最高结温 150 度了!按照降额 0.012W/度的原则，60 度时的降额为(60-25)0.012=0.42W，1.5-0.42=1.08W。也就是说，壳温 60 度时功率必须小于 1.08W，否则超出最高结温。假设规格书没有给出 Rjc 的值：可以如此计算:Rjc=(Tj-Tc)/P，如果也没有给出 Tj 数据，那么一般硅管的 Tj 最大为 150 至 175 度。同样以 2N5551 为例.知道 25 度时的功率为 1.5W，假设 Tj 为 150，那么代入上面的公式:Rjc=(150-25)/1.5=83.3 如果 Tj 取 175 度则 Rjc=(175-25)/1.5=96.

6、6 所以这个器件的 Rjc 在 83.3 至 96.6 之间。如果厂家没有给出 25 度时的功率：那么可以自己加一定的功率加到使其壳温达到允许的最大壳温时，再把数据代入:Rjc=(Tjmax-Tcmax)/P 有给 Tj 最好，没有时，一般硅管的 Tj 取 150 度。我们把半导体器件分为功率器件和小功率器件。大功率半导体器件 大功率半导体器件的额定功率一般是指带散热器时的功率，散热器足够大时且散热良好时，可以认为其表面到环境之间的热阻为 0，所以理想状态时壳温即等于环境温度。功率器件由于采用了特殊的工艺，所以其最高允许结温有的可以达到 175 度.但是为了保险起见，一律可以按 150 度来计

7、算.适用公式:Tc=Tj-P*Rjc。设计时，Tj 最大值为 150，Rjc 已知，假设环境温度也确定，根据壳温即等于环境温度，那么此时允许的 P 也就随之确定。注：大功率半导体器件一般是指电压等级在 1200V 以上，电流在 300A 以上的开关器件，包括大功率二极管、晶闸管、GTO、IGBT、IGCT、ETO 等，900V 以上的 mosfet 也可称为大功率器件，但是要看相应的电 整理为 word 格式 流等级。整理为 word 格式 这些器件基本上是以硅材料为基础，经过不同的工艺生产条件生产出来。按照其功能分类，可为全控型器件和半控型器件，全控型如 IGBT、IGCT、ETO 等，就是

8、通过门极可以控制器件的开通与关断，半控型器件的代表就是晶闸管，只能控制开通，而不能控制关断。小功率半导体器件 小功率半导体器件，比如小晶体管，IC，一般使用时是不带散热器的.所以这时就要考虑器件壳体到空气之间的热阻了.一般厂家规格书中会给出 Rja，即结到环境之间的热阻.(Rja=Rjc+Rca)。同样以三极管 2N5551 为例，其最大使用功率 1.5W 是在其壳温 25 度时取得的。假设此时环境温度恰好是25 度，又要消耗 1.5W 的功率，还要保证壳温也是 25 度，唯一的可能就是它得到足够良好的散热!但是一般像 2N5551 这样 TO-92 封装的三极管，是不可能带散热器使用的。所以

9、此时，小功率半导体器件要用到的公式是:Tc=Tj-P*Rja，Rja:结到环境之间的热阻.一般小功率半导体器件的厂家会在规格书中给出这个参数.2N5551 的 Rja 厂家给的值是 200 度/W.已知其最高结温是 150 度，那么其壳温为 25 度时，允许的功耗可以把上述数据代入 Tc=Tj-P*Rja 得到:25=150-P*200，得到，P=0.625W.事实上，规格书中就是 0.625W.因为 2N5551 不会加散热器使用，所以我们平常说的 2N5551的功率是 0.625W 而不是 1.5W 还有要注意，SOT-23 封装的晶体管其额定功率和 Rja 数据是在焊接到规定的焊盘(有一

10、定的散热功能)上时测得的。其实一般规格书中的最大允许储存温度其实也是最大允许结温，.最大允许操作温度其实也就是最大允许壳温。最大允许储存温度时，功率 P 为 0，所以公式变为 Tcmax=Tjmax-0*Rjc，即 Tcmax=Tjmax。最大允许操作温度，一般民用级(商业级)为 70 度，工业级的为 80 度。普通产品用的都是民用级的器件，工业级的一般贵很多。【总结】【1】散热片（heat sink）足够大而且接触足够良好的情况下：热阻公式 Tcmax=Tj-P*Rjc【2】散热片（heat sink）不大或者接触足够一般/较差的情况下：热阻公式 Tcmax=Tj-P*(Rjc+Rcs+Rsa)【3】没有散热片情况下：（1）大功率半导体器件 热阻公式 Tcmax=Tj-P*(Rjc+Rca)，其中，Rca 表示外壳至空气的热阻。（2）小功率半导体器件（我们平时用的贴片芯片就用这种公式计算）热阻公式 Tc=Tj-P*Rja，其中 Rja:结到环境之间的热阻。友情提示：本资料代表个人观点，如有帮助请下载，谢谢您的浏览！