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  • 计算元器件的结温及热阻值的解析
    • 发布时间:2023-04-18 17:36:10
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    计算元器件的结温及热阻值的解析
    θJA是热阻的单位,用来表示空气到结温的阻值,单位是℃/W或K/W。做电路设计都需要用到以下的公式来计算元器件的结温:
    TJ=TA+θJA·PH
    式子中:TJ表示元器件的结温,单位是℃;
    TA表示环境的温度,单位是℃;
    PH表示元器件的功耗,单位是W;
    现在让我们来仔细研究一下这些参数值,看看它们是如何在数据手册中欺骗了你这么多年。
    首先来看TA。TA是指元器件所处的环境温度,这个值在半导体制造商处的定义如图1所示。然而,在实际的产品中是不可能有这样的环境来满足TA测试条件的。
    在哪里测试TA其实并没有好的定义,TA不可能是控制器外的空气温度,因为元器件的温度明显取决于元器件周围的空气。
    那么,就需要确定测试点离元器件的距离和具体点的位置。但是,在实际的工程中没有任何一家公司对如何测量给出确切的定义,因而这个值首先就是不确定的。
    元器件 结温 热阻值
    图1:半导体制造商关于环境温度的测试描述。
    再看θJA。这是指器件从环境到结温所处的温升阻值。和TA的定义类似,这也是一个理想状态下的值。以TLE42754为例,TLE42754是一颗在汽车电源中广泛使用的LDO,主要将系统的12V电源转换成5V。图2为以TO-252-5封装为例的TLE42754的热阻值。
    元器件 结温 热阻值
    图2:TLE42754的热阻值。
    TLE42754的热阻值到底等于多少?以TO-252-5封装的数据手册为例,数据手册中给出了4个值(27℃/W、42℃/W、57℃/W、110℃/W)。这里假设选择27℃/W为最接近设计实例的情况来计算。
    按照12V输入、5V输出、最大输出电流450mA,那么TLE42754的最大功率为3.15W,温升约为85℃(27℃/W·3.15W)。但事实真的如此吗?太简单的认真,其实可能是错误的。
    热阻值在数据手册的定义为芯片结(junction)到空气(ambient)的热阻。当芯片的功耗和环境温度已知的时候,可以通过公式来计算芯片的结温。
    但数据手册给出的热阻,并非在实际工程中会出现的热阻,例如TLE42754关于27℃/W的条件备注(即图2的第2条备注)。因而,这又是一个不确定的量。
    最后来看TJ结温。结是晶体管中的术语,当P型半导体和N型半导体形成PN结的时候叫做结。从半导体诞生开始,这个名词一直沿用至今,从而产生了误导。
    现在的器件上有几十甚至上百万个结点在一个核心区域,按照科学严谨的称呼,叫做核心温度是不是更加贴切和准确呢?
    从以上对于计算公式中的三个参数(TA、θJA、TJ)的分析,可以看到,每个参数给出值的同时都带特定的条件和要求,因而不能简单的套用公式来给出答案。
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