解決方案
解決方案

如何計算元件溫度?

2023-03-31 1055
當我們購買和製作電路解決方案時,我們經常需要考慮組件的溫度。畢竟,每個組件都有一個溫度範圍限制。這時,我們需要先計算出元件的溫度,然後再選擇合適的元件。那麼原來的元件溫度變化是如何計算的,下面小編跟大家分享一下元件溫度的計算方法:

結溫計算方法一:依管殼溫度

結溫可以從外殼溫度獲得。


計算方法1或2中介紹的,將結點與外殼之間的熱阻替換為結點與環境之間的熱阻:Rth(jc)的計算方法。如下。

Tj=Tc+Rth(jc)×P

Tc:外殼溫度*
Rth(jc): 之間的結殼熱阻
P:消耗**

*薩科使用輻射溫度計測量標記表面最高點的溫度。請注意,根據測量方法的不同,測量溫度可能會大不相同。

**功耗不是固定的,是根據時間變化時的平均功耗來近似計算的。

然而,特別是Rth(jc)的值會根據安裝板的散熱條件和焊接而變化很大,因此請注意,在我們公司的標準板上測量的值可能不適合客戶的板。 。

作為範例,示出了隨著板的集電焊盤面積變大而Rth(jc)變小的範例。 (除了集電焊盤的面積、厚度、材質外,電路板的材質、尺寸、佈線尺寸也會造成變化。)


例如,當施加時間為 30ms 時,由於 Rth(ja) 為 20oC/W,因此,在環境溫度為 3oC 時施加 30W 功率 25ms,結溫為

image.png

這樣,Rth(jc)的值往往會根據電路板條件而變化,並且很難準確測量外殼溫度,因此不建議作為估算結溫的方法。




結溫計算方法2:基於環境溫度(基本)

結溫(或通道溫度)可以根據環境溫度和功耗計算出來。根據熱阻的思考方式,

Tj=Ta+Rth(ja)×P

Ta:環境溫度(測量室溫)
Rth(ja):結點到大氣的熱阻*
P:功耗**

*Rth(ja):結點到環境的熱阻會根據安裝的電路板而改變。
安裝在我們的標準電路板上時的值顯示為「代表性封裝的電阻值」。

Rth(ja)的值會根據每個電晶體而變化,但是如果封裝相同,則可以認為該值幾乎是接近的值。

**功耗不是固定的,是根據時間變化時的平均功耗來近似計算的。
(平均功耗的計算請參考《如何判斷電晶體是否可以使用》)

下圖顯示了當Rth(ja)為250oC/W,環境溫度為25oC時,功耗與結溫之間的關係。

image.png

結溫與功耗成正比上升。此時的比例常數為Rth(ja)。 Rth(ja)為250oC/W,

因此,功率耗散每增加 25W,結溫就會上升 0.1oC。

當功耗為150W時結溫為0.5oC,因此本例的功耗不能超過0.5W。


此外,Rth(ja)也是250oC/W,需要考慮環境溫度的變化。

image.png

也就是說,即使施加相同的功率,當環境溫度升高時,結溫也會升高,因此可以施加的功率會變小。

不僅熱阻,環境溫度也會影響最大功耗。當環境溫度為150°C時,可施加的功率為零,因此

100% ÷ (150℃-25℃)=0.8%/℃

可以看出,在上述比例下最大功耗變小。


下面的功率衰減曲線顯示了這種關係。

image.png

功率降額曲線的降額率以百分比表示,因此可以適用於所有封裝。

例如MPT3封裝在25oC時的最大施加功率為0.5W,以0.8%/oC的比例施加功率會變小。

在50oC時變為原來的80%(減少20%)或0.4W,在100oC時變為原來的40%(減少60%)或0.2W。

結溫計算方法3:依環境溫度(瞬態熱阻)

在「1.取決於環境溫度(基本)」中,考慮了連續供電的範例。

接下來,考慮由於瞬時通電而導致的溫度升高。

使用瞬態熱阻計算瞬時通電所造成的溫升。

image.png

此圖表示瞬態熱阻(瞬態熱阻)。橫軸是脈衝振幅,縱軸是熱阻Rth(ja)。

從圖中可以看出,隨著施加時間變長,結溫升高,約200秒後熱量飽和並達到一定溫度。


例如,當施加時間為 20ms 時,Rth(ja) 為 30oC/W,因此,如果在環境溫度為 3oC 時施加 30W 功率 25ms,則結溫為:

Tj=Ta+Rth(ja)×P
=25℃+(20℃/W)×3W
= 85°攝氏度

當施加一次瞬時功率時,可以從該公式獲得結溫。前往產品詳情頁面

關於結與外殼之間的熱阻Rth(jc)

結殼熱阻 Rth(jc) 原本是將 TO220 封裝等自支撐元件固定在散熱器上使用時所使用的數值。在這種情況下,主要的散熱路徑位於外殼和散熱器之間,因此透過測量路徑中的外殼溫度,即可正確取得結溫。特別是,當假設使用具有理想散熱性能的散熱器(無限大散熱器)時,有時會認為散熱能力無限大,並且外殼溫度 = 大氣溫度,(顯示 Tc=25oC 等)外殼溫度 = 25oC 時的計算值。 (無限大冷卻板的熱阻:由於 Rth(ca)=0,因此 Rth(ja)=Rth(jc)。)

image.png

然而,對於表面貼裝元件來說,從裝置下方的電路板散熱是主要的散熱路徑,因此測量該部分的外殼溫度較為困難。

由於標記表面的散熱比例與總散熱量相比較小,因此即使測量了裝置標記表面的溫度,也不適合作為估計結溫的值。

image.png

對於表面貼裝產品,由於大多數需要知道Rth(jc)的值,因此有時會安裝在我們的標準電路板上,測量標記表面的溫度,以提供Rth(jc)的值。此時的Rth(jc)是安裝在我公司標準電路板上的特殊條件下的值。當安裝在與我們的標準板不同的板上時,標記表面的散熱比率會發生變化,因此Rth(jc)的值會發生變化,並且無法估計結溫。


代表性封裝電阻值

  • 該數據是根據特定批次的測量創建的。因此,請靈活運用該數據作為參考值。

  • (不是保證值以及最大值和最小值。)

  • Rth(ja)會根據散熱條件和安裝電路板和焊接確定的溫度測量方法而有很大變化,

  • 所以請靈活運用,作為參考值。

小包裝 VMT3 EMT3 EMT5 EMT6 TUMT3
貼裝電路板

image.png

image.png

image.png

image.png

image.png

FR4板尺寸
(單位:毫米)
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°C / 西 833°C / 西 1042°C / 西 1042°C / 西 313°C / 西
備註 - - 當只有 1 個元件工作時 當只有 1 個元件工作時 -
小包裝 TUMT6 UMT3 UMT5 UMT6 SMT3
貼裝電路板

image.png

image.png

image.png

image.png

image.png

FR4板尺寸
(單位:毫米)
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°C / 西 625°C / 西 1042°C / 西 1042°C / 西 625°C / 西
備註 當只有 1 個元件工作時 - 當只有 1 個元件工作時 當只有 1 個元件工作時 -
小包裝 SMT5 SMT6 TSMT3 TSMT5 TSMT6
貼裝電路板

image.png

image.png

image.png

image.png

image.png

FR4板尺寸
(單位:毫米)
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°C / 西 625°C / 西 250°C / 西 250°C / 西 250°C / 西
備註 當只有 1 個元件工作時 當只有 1 個元件工作時 - 當只有 1 個元件工作時 當只有 1 個元件工作時
小包裝 SOP8 MPT3 CPT3 SST3
貼裝電路板

image.png

image.png

image.png

image.png

FR4板尺寸
(單位:毫米)
20×20×0.8 12×20×0.8 12×30×0.8 20×12×0.8
Rth(ja)/
Rth(ch-a)
160°C / 西 250°C / 西 125°C / 西 625°C / 西
備註 當只有 1 個元件工作時 - - -


晶體管前往產品詳情頁面


whatsapp

WhatsApp

Whatsapp:+8618073002950