许多操作参数和功率MOSFET结温的影响设备寿命。估计设备接点温度在一个电路,或比较场效应管目标应用程序,提供了一些基本的热阻数据
数据表。在本文中,我们描述如何做以及如何测量热阻限制设置。我们认为短暂的稳态和瞬态MOSFET的热阻。
测量法
为了表征功率MOSFET的热阻，我们首先获得了体二极管前降VF在固定测试电流(IM=10mA)下作为结温函数的校准曲线。设备首先安装到标准夹具上，例如，表面安装设备安装在1平方英寸的FR4板上。然后将设备置于搅拌液体槽中以达到热平衡，并在外壳/引线上安装热电偶。VF与温度T的典型关系图如图1所示。
图1:一个典型MOSFET的VF(10mA)随温度的变化
稳态热阻是通过将设备加热到已知功率来测量的。该设备放置在一个静止的空气环境中，一个热电偶用于测量环境温度，另一个热电偶用于测量封装引线处的温度。两根导线用于迫使电流进入二极管，另外两根导线用于感应正向降VF。中频*VF积是功率损耗。当连接到导线上的热电偶达到稳态后，切断电源，以10us内的校准电流(IM=10mA)测量VF，待部件明显冷却。图2显示了这个度量背后的概念。
图2:显示如何测量热阻抗的电路。
从测量的VF(10mA)中，用校准曲线确定结温TJ。利用热电偶获得铅热释光和环境温度。稳态热阻简单为:
Pwr = IF*VF RθJA = (TJ-TA)/Pwr {Junction-to-Ambient} RθJL= (TJ-TL)/Pwr {Junction-to-Lead}
这给RθJA和RθJL的典型值。20-30%的差额用于设置最大规格，尽管设备通常分布在几个百分点的典型。
瞬态热阻抗
瞬态热阻抗是测量设备在脉冲功率作用下的行为的一种方法。这对于确定低占空比、低频脉冲载荷的行为很重要。来自数据表的典型瞬态热阻抗曲线如图3所示。
测试设置与稳态热阻相同。得到单脉冲曲线，并对器件施加单脉冲功率，用脉冲末端的10us测量VF(10mA)。例如，应用20us脉冲，然后在脉冲结束后10us内以10mA读取VF。这是重复的整个范围内的脉冲宽度显示在x轴上。各点的热阻抗值为:
Pwr = IF*VF ZθJA= (TJ-TA)/Pwr {Junction-to-Ambient} ZθJL = (TJ-TL)/Pwr {Junction-to-Lead}
如人们所料，对于较低的脉冲宽度值，结温较小由于模具、包装和FR4固定板的热容量不同结温可以上升的速率的时间常数。因此，同样地功率级，在短时间内，热阻抗似乎较小。这个结果在图3所示的曲线中。这解释了为什么安全操作区soa对于短脉冲宽度来说要大得多。
不同的占空比曲线可以用类似的方法来完成。在固定占空比的情况下，通过改变施加电流的脉冲宽度来跟踪瞬态热曲线。在切断加热电流脉冲10us内测量VF(10mA)之前，允许设备在每种情况下达到稳定状态。
然而，我们也可以从热网络模型中提取这些曲线拟合单脉冲曲线。从等效电路的角度来看，网络可以有效地建模为三阶或四阶rc网络，如下图4。每个阶段的r和c值通过曲线拟合测量的单脉冲曲线。然后用这个模型导出热阻抗作为脉冲宽度函数的各种占空比曲线。（电气，温度为相当于电压和功率对电流）。
图4:功率MOSFET的瞬态热阻抗模型
结论
这就结束了我们对热阻抗特性的简要介绍。请注意，对于表面贴装设备，有效热阻受很多因素的影响，包括铜的面积和布局、相邻设备的发热、PCB上相邻设备的热质量、设备周围的空气流动、功率耗散水平、板与设备引线/导片之间的焊点质量。如果在设计中需要准确地估计温升，最好是在应用电路中直接表征热阻。
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