چگونه دمای اجزا را محاسبه کنیم؟

صفحه اصلی اخبار مبانی الکترونیک چگونه دمای اجزا را محاسبه کنیم؟

2023-03-31 1056

هنگام خرید و ساخت راه حل های مدار، اغلب باید دمای اجزا را در نظر بگیریم. پس از همه، هر جزء دارای محدودیت محدوده دما است. در این زمان باید قبل از انتخاب اجزای مناسب، دمای اجزا را محاسبه کنیم. سپس اجزای اصلی نحوه محاسبه تغییر دما، ویرایشگر زیر روش محاسبه دمای جزء را با شما به اشتراک می گذارد:

روش محاسبه دمای اتصال 1: با توجه به دمای لوله و پوسته

دمای محل اتصال را می توان از دمای کیس بدست آورد.

در روش محاسبه 1 یا 2 معرفی شده است، مقاومت حرارتی بین محل اتصال و بدنه با مقاومت حرارتی بین اتصال و محیط جایگزین می شود: روش محاسبه Rth(jc). به شرح زیر است.

Tj=Tc+Rth(jc)×P

Tc: دمای بدنه*
Rth(jc): مقاومت حرارتی اتصال به کیس بین
پ: مصرف**

*ساکو از دماسنج تابشی برای اندازه گیری دمای بالاترین نقطه روی سطح علامت گذاری استفاده می کند. لطفا توجه داشته باشید که دمای اندازه گیری بسته به روش اندازه گیری می تواند بسیار متفاوت باشد.

**مصرف برق ثابت نیست و تقریباً با توجه به میانگین مصرف برق در زمان تغییر زمان محاسبه می شود.

با این حال، به طور خاص، مقدار Rth(jc) بسته به شرایط اتلاف حرارت برد نصب شده و لحیم کاری بسیار متفاوت است، بنابراین لطفاً توجه داشته باشید که مقدار اندازه گیری شده روی برد استاندارد شرکت ما ممکن است برای برد مشتری مناسب نباشد. .

به عنوان مثال، مثالی که در آن Rth(jc) با بزرگتر شدن سطح زمین جمع کننده تخته کوچکتر می شود نشان داده شده است. (علاوه بر مساحت، ضخامت و متریال زمین کلکتور، جنس، اندازه و اندازه سیمکشی برد مدار نیز تغییراتی ایجاد میکند.)

برای مثال، وقتی زمان اعمال 30 میلیثانیه است، از آنجایی که Rth(ja) برابر با 20oC/W است، اگر توان 3W به مدت 30 میلیثانیه در دمای محیط 25oC اعمال شود، دمای اتصال برابر است با:

به این ترتیب مقدار Rth(jc) بسته به شرایط تخته تمایل به تغییر دارد و اندازه گیری دقیق دمای کیس دشوار است، بنابراین به عنوان روشی برای تخمین دمای اتصال توصیه نمی شود.

به صفحه جزئیات محصول

روش محاسبه 2 دمای اتصال: بر اساس دمای محیط (پایه)

دمای محل اتصال (یا دمای کانال) را می توان از دمای محیط و اتلاف توان محاسبه کرد. با توجه به طرز تفکر در مورد مقاومت حرارتی،

Tj=Ta+Rth(ja)×P

Ta: دمای محیط (دمای اتاق اندازه گیری شده)
Rth(ja): مقاومت حرارتی اتصال به اتمسفر*
P: مصرف برق **

*Rth(ja): مقاومت حرارتی اتصال به محیط بسته به بردی که روی آن نصب شده است متفاوت است.
مقدار زمانی که روی برد مدار استاندارد ما نصب می شود به عنوان "مقدار مقاومت بسته نماینده" نشان داده می شود.

مقدار Rth(ja) بسته به هر ترانزیستور متفاوت است، اما می توان در نظر گرفت که اگر بسته یکسان باشد، مقدار تقریباً یک مقدار نزدیک است.

**مصرف برق ثابت نیست و تقریباً با توجه به میانگین مصرف برق در زمان تغییر زمان محاسبه می شود.
(برای محاسبه میانگین مصرف برق، لطفاً به "نحوه قضاوت در مورد استفاده از ترانزیستور" مراجعه کنید).

شکل زیر رابطه بین اتلاف توان و دمای اتصال را هنگامی که Rth(ja) برابر با 250oC/W و دمای محیط 25oC است، نشان میدهد.

دمای اتصال متناسب با اتلاف توان افزایش مییابد. ثابت تناسب در این زمان Rth(ja) است. Rth(ja) برابر با 250 درجه سانتیگراد بر وات است،

بنابراین، به ازای هر 25 وات افزایش در توان مصرفی، دمای اتصال 0.1 درجه سانتیگراد افزایش مییابد.

دمای اتصال ۱۵۰ درجه سانتیگراد است وقتی که اتلاف توان ۰.۵ وات است، بنابراین اتلاف توان در این مثال نمیتواند از ۰.۵ وات بیشتر شود.

علاوه بر این، Rth(ja) نیز 250oC/W است و تغییرات دمای محیط باید در نظر گرفته شود.

یعنی حتی اگر همان توان اعمال شود، دمای محل اتصال با افزایش دمای محیط افزایش می یابد، بنابراین توانی که می توان اعمال کرد کوچکتر می شود.

نه تنها مقاومت حرارتی، بلکه دمای محیط نیز بر حداکثر اتلاف توان تأثیر می گذارد. توانی که می توان اعمال کرد زمانی که دمای محیط 150 درجه سانتی گراد است صفر است، بنابراین

100٪ ÷ (150 درجه سانتیگراد تا 25 درجه سانتیگراد) ＝0.8٪ / درجه سانتیگراد

مشاهده می شود که حداکثر توان مصرفی در نسبت فوق کوچکتر می شود.

منحنی کاهش توان زیر این رابطه را نشان می دهد.

نرخ کاهش قدرت منحنی کاهش قدرت بر حسب درصد بیان می شود، بنابراین می توان آن را برای همه بسته ها اعمال کرد.

برای مثال، حداکثر توان اعمالی پکیج MPT3 در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد ۰.۵ وات است و توان اعمالی با نسبت ۰.۸٪/درجه سانتیگراد کمتر میشود.

در دمای ۵۰ درجه سانتیگراد، به ۸۰٪ مقدار اولیه (۲۰٪ کاهش) یا ۰.۴ وات تبدیل میشود و در دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد، به ۴۰٪ مقدار اولیه (۶۰٪ کاهش) یا ۰.۲ وات میرسد.

به صفحه جزئیات محصول

روش محاسبه 3 دمای محل اتصال: با توجه به دمای محیط (مقاومت حرارتی گذرا)

در «1. بسته به دمای محیط (پایه)» مثالی از کاربرد برق پیوسته در نظر گرفته شده است.

در مرحله بعد، افزایش دما به دلیل استفاده از برق آنی در نظر گرفته می شود.

افزایش دما در اثر کاربرد لحظه ای توان با استفاده از مقاومت حرارتی گذرا محاسبه می شود.

این نمودار نشان دهنده مقاومت حرارتی گذرا (مقاومت حرارتی گذرا) است. محور افقی دامنه پالس و محور عمودی مقاومت حرارتی Rth(ja) است.

از شکل مشخص می شود که با طولانی شدن زمان اعمال، دمای محل اتصال افزایش می یابد و پس از حدود 200 ثانیه حرارت اشباع شده و به دمای معینی می رسد.

برای مثال، Rth(ja) برابر با 20oC/W است وقتی که زمان اعمال 30 میلیثانیه باشد، بنابراین اگر توان 3W به مدت 30 میلیثانیه در دمای محیط 25 درجه سانتیگراد اعمال شود، دمای اتصال به صورت زیر خواهد بود:

Tj=Ta+Rth(ja)×P
=25°C+(20°C/W)×3W
= 85 درجه سانتی گراد

هنگامی که توان لحظه ای یک بار اعمال می شود، دمای اتصال را می توان از این فرمول به دست آورد.به صفحه جزئیات محصول

درباره مقاومت حرارتی Rth(jc) بین محل اتصال و کیس

مقاومت حرارتی اتصال-بدنه Rth(jc) در اصل مقداری است که وقتی یک دستگاه خودنگهدار مانند پکیج TO220 روی یک هیت سینک ثابت شده و مورد استفاده قرار میگیرد، استفاده میشود. در این حالت، مسیر اصلی اتلاف حرارت بین کیس و هیت سینک است، بنابراین میتوان با اندازهگیری دمای کیس در این مسیر، دمای اتصال را به درستی بدست آورد. به طور خاص، هنگامی که فرض میشود از یک هیت سینک با اتلاف حرارت ایدهآل (هیت سینک نامحدود) استفاده میشود، گاهی اوقات در نظر گرفته میشود که ظرفیت اتلاف حرارت نامحدود است و دمای کیس = دمای اتمسفر (نمایش Tc=25oC و غیره) دمای کیس = محاسبه شده در دمای 25oC. (مقاومت حرارتی صفحه خنککننده نامحدود: زیرا Rth(ca)=0 است، بنابراین Rth(ja)=Rth(jc).)

اما برای دستگاه های روکار، اتلاف حرارت از برد مدار زیر دستگاه، مسیر اصلی اتلاف حرارت است، بنابراین اندازه گیری دمای کیس این قطعه دشوارتر است.

از آنجایی که نسبت اتلاف حرارت سطح علامت گذاری شده در مقایسه با اتلاف حرارت کل کم است، حتی اگر دمای سطح علامت گذاری شده دستگاه اندازه گیری شود، به عنوان مقداری برای تخمین دمای محل اتصال مناسب نیست.

در مورد محصولات نصب سطحی، از آنجایی که بیشتر آنها نیاز به دانستن مقدار Rth(jc) دارند، گاهی اوقات برای اندازه گیری دمای سطح علامت گذاری شده برای ارائه مقدار Rth(jc) روی برد مدار استاندارد ما نصب می شود. Rth(jc) در این زمان مقدار تحت شرایط ویژه نصب بر روی برد مدار استاندارد شرکت ما است. هنگام نصب بر روی تخته ای متفاوت از برد استاندارد ما، نسبت اتلاف گرما از سطح علامت گذاری شده تغییر می کند، بنابراین مقدار Rth(jc) تغییر می کند و دمای محل اتصال را نمی توان تخمین زد.

به صفحه جزئیات محصول

ارزش های مقاومت بسته نماینده

این داده ها بر اساس اندازه گیری یک LOT خاص ایجاد می شوند. بنابراین، لطفاً از این داده ها به صورت انعطاف پذیر به عنوان یک مقدار مرجع استفاده کنید.
(مقدار تضمین شده نیست و مقادیر حداکثر و حداقل.)
Rth(ja) بسته به شرایط اتلاف گرما و روشهای اندازهگیری دما که توسط نصب تختههای مدار و لحیم کاری تعیین میشود، بسیار متفاوت است.
بنابراین لطفاً از آن بهعنوان یک مقدار مرجع استفاده کنید.

بسته	VMT3	EMT3	EMT5	EMT6	TUMT3
برد مدار نصب شده
اندازه برد FR4 (واحد: میلی متر)	20 × 12 × 0.8	20 × 15 × 0.8	20 × 15 × 0.8	20 × 15 × 0.8	20 × 12 × 0.8
Rth(ja)/ Rth(ch-a)	833 درجه سانتیگراد / غربی	833 درجه سانتیگراد / غربی	1042 درجه سانتیگراد / غربی	1042 درجه سانتیگراد / غربی	313 درجه سانتیگراد / غربی
سخن گفتن	-	-	وقتی فقط 1 عنصر کار می کند	وقتی فقط 1 عنصر کار می کند	-

بسته	TUMT6	UMT3	UMT5	UMT6	SMT3
برد مدار نصب شده
اندازه برد FR4 (واحد: میلی متر)	15 × 20 × 0.8	20 × 12 × 0.8	20 × 15 × 0.8	15 × 20 × 0.8	20 × 12 × 0.8
Rth(ja)/ Rth(ch-a)	313 درجه سانتیگراد / غربی	625 درجه سانتیگراد / غربی	1042 درجه سانتیگراد / غربی	1042 درجه سانتیگراد / غربی	625 درجه سانتیگراد / غربی
سخن گفتن	وقتی فقط 1 عنصر کار می کند	-	وقتی فقط 1 عنصر کار می کند	وقتی فقط 1 عنصر کار می کند	-

بسته	SMT5	SMT6	TSMT3	TSMT5	TSMT6
برد مدار نصب شده
اندازه برد FR4 (واحد: میلی متر)	20 × 15 × 0.8	20 × 15 × 0.8	30 × 15 × 0.8	20 × 15 × 0.8	20 × 15 × 0.8
Rth(ja)/ Rth(ch-a)	625 درجه سانتیگراد / غربی	625 درجه سانتیگراد / غربی	250 درجه سانتیگراد / غربی	250 درجه سانتیگراد / غربی	250 درجه سانتیگراد / غربی
سخن گفتن	وقتی فقط 1 عنصر کار می کند	وقتی فقط 1 عنصر کار می کند	-	وقتی فقط 1 عنصر کار می کند	وقتی فقط 1 عنصر کار می کند

بسته	SOP8	MPT3	CPT3	SST3
برد مدار نصب شده
اندازه برد FR4 (واحد: میلی متر)	20 × 20 × 0.8	12 × 20 × 0.8	12 × 30 × 0.8	20 × 12 × 0.8
Rth(ja)/ Rth(ch-a)	160 درجه سانتیگراد / غربی	250 درجه سانتیگراد / غربی	125 درجه سانتیگراد / غربی	625 درجه سانتیگراد / غربی
سخن گفتن	وقتی فقط 1 عنصر کار می کند	-	-	-