MOS管熱阻的測量方法

預(yù)備知識

1、首先，明確兩個概念：

穩(wěn)態(tài)熱阻：兩處測量點溫差△T，單位時間內(nèi)通過散熱面的能量為Pd，熱阻RΘ=△T/Pd，單位℃/W。它是一個反映了散熱體散熱性能的參數(shù)。熱阻越大，散熱越慢。（字面意思理解也很簡單，阻礙熱量傳遞的能力）

瞬態(tài)熱阻：因為電子器件的溫升并不一定非常平滑。峰值溫度往往比平均溫度更加致命。所以峰值溫度成為了限制器件工作特性的主要因素。

溫度的峰值往往出現(xiàn)在脈沖寬度tp較短，占空比D低的情況下，這說明器件的溫升不僅僅與Pd相關(guān)了，還和脈沖寬度、脈沖形狀（方波、鋸齒波、正弦波這種的典型波形）、頻率等有關(guān)聯(lián)。穩(wěn)態(tài)熱阻的局限性就顯現(xiàn)出來了。所以引入了瞬態(tài)熱阻，用來衡量電路中開關(guān)時刻、浪涌時刻等瞬間的與散熱相關(guān)的能力。

瞬態(tài)熱阻的定義：在某一時間間隔的末尾，兩處測試點的溫度變化與引起這一變化的，在該時間間隔開始時按階躍函數(shù)變化的耗散功率之比。ZΘ=r（tp，D）RΘ

?r（tp，D）表示脈沖寬度與占空比之間的一個比例。不難看出瞬態(tài)熱阻與穩(wěn)態(tài)熱阻具有關(guān)聯(lián)性。瞬態(tài)熱阻反映了散熱體在熱慣性的作用下，在熱傳遞的過程中對熱阻的改變。

2、結(jié)溫與殼溫

3、測試電路

原理圖

萬用表測得數(shù)據(jù)記為UR；

Mos體二極管電壓、電流記為Uf，If；

電源電壓記為U。

測量mos熱阻

第一步：將電路板置于溫箱中，類似于下圖設(shè)備。主要是為了保證靜態(tài)無風(fēng)狀態(tài)。加熱后，使其內(nèi)部達到熱平衡。即Tj=Tc。這個溫度（T1）不能過低，因為溫度過低，結(jié)溫和殼溫不可能相同。

電路中使用的電阻R為2KΩ，緩慢調(diào)節(jié)電源電壓U至20.7V時（二極管通態(tài)壓降為0.6-0.8左右），mos的體二極管電流If達到10mA。

保持U不變，提高溫度，記錄UR與對應(yīng)溫度。根據(jù)Uf=U-UR，得出下表數(shù)據(jù)：

第二步：將溫箱溫度調(diào)回T1，并放入一個熱電偶測量溫箱內(nèi)環(huán)境溫度Ta，進一步確認數(shù)據(jù)準確性。再連接一個熱電偶至MOS，測量殼溫Tc，如下圖所示。當然實際測量的mos應(yīng)該已經(jīng)焊接在電路板上了。

?

在保持溫箱溫度不變的情況下。提升If（提高?U），記錄萬用表讀數(shù)Uf。根據(jù)Pd=Uf*If得到不同時刻的耗散功率。

第三步，迅速降低If至10mA。即將電源電壓U降低至20.7V。記錄此時的Uf后，去第一步中收集的表格里，找對應(yīng)的溫度，即Tj。

最終，按照公式計算熱阻：

結(jié)到殼的熱阻RΘjc=(Tj-Tc)/Pd

殼到環(huán)境的熱阻RΘca=（Tc-Ta）/Pd

結(jié)到環(huán)境的熱阻RΘja=(Tj-Ta)/Pd

寫在最后，其實這種方法誤差不小，是實驗室粗略估計熱阻的一種方式。實施起來其實有很多需要微操的地方。比如第三步中，如何迅速降低If。這個時間越短越好。又比如第一步，你如何評判溫箱里的MOS結(jié)溫與殼溫達到熱平衡呢。所以在需求精度高的情況下，應(yīng)盡量采購專業(yè)設(shè)備進行測量。


審核編輯：劉清