如何計(jì)算元器件的結(jié)溫 熱阻值的欺騙性

θJA是熱阻的單位，用來(lái)表示空氣到結(jié)溫的阻值，單位是℃/W或Ｋ/W。做電路設(shè)計(jì)都需要用到以下的公式來(lái)計(jì)算元器件的結(jié)溫：

TJ=TA+θJA·PH

式子中：TJ表示元器件的結(jié)溫，單位是℃；

TA表示環(huán)境的溫度，單位是℃；

PH表示元器件的功耗，單位是W；

現(xiàn)在讓我們來(lái)仔細(xì)研究一下這些參數(shù)值，看看它們是如何在數(shù)據(jù)手冊(cè)中欺騙了你這么多年。

首先來(lái)看TA。TA是指元器件所處的環(huán)境溫度，這個(gè)值在半導(dǎo)體制造商處的定義如圖1所示。然而，在實(shí)際的產(chǎn)品中是不可能有這樣的環(huán)境來(lái)滿足TA測(cè)試條件的。在哪里測(cè)試TA其實(shí)并沒(méi)有好的定義，TA不可能是控制器外的空氣溫度，因?yàn)樵骷臏囟让黠@取決于元器件周圍的空氣。那么，就需要確定測(cè)試點(diǎn)離元器件的距離和具體點(diǎn)的位置。但是，在實(shí)際的工程中沒(méi)有任何一家公司對(duì)如何測(cè)量給出確切的定義，因而這個(gè)值首先就是不確定的。

圖1：半導(dǎo)體制造商關(guān)于環(huán)境溫度的測(cè)試描述。

再看θJA。這是指器件從環(huán)境到結(jié)溫所處的溫升阻值。和TA的定義類似，這也是一個(gè)理想狀態(tài)下的值。以TLE42754為例，TLE42754是一顆在汽車電源中廣泛使用的LDO，主要將系統(tǒng)的12V電源轉(zhuǎn)換成5V。圖2為以TO-252-5封裝為例的TLE42754的熱阻值。

圖2：TLE42754的熱阻值。（圖片來(lái)源：Infineon公司）

TLE42754的熱阻值到底等于多少？以TO-252-5封裝的數(shù)據(jù)手冊(cè)為例，數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出了4個(gè)值（27℃/W、42℃/W、57℃/W、110℃/W）。這里假設(shè)選擇27℃/W為最接近設(shè)計(jì)實(shí)例的情況來(lái)計(jì)算。按照12V輸入、5V輸出、最大輸出電流450mA，那么TLE42754的最大功率為3.15Ｗ，溫升約為85℃（27℃/W·3.15W）。但事實(shí)真的如此嗎？太簡(jiǎn)單的認(rèn)真，其實(shí)可能是錯(cuò)誤的。熱阻值在數(shù)據(jù)手冊(cè)的定義為芯片結(jié)（junction）到空氣（ambient）的熱阻。當(dāng)芯片的功耗和環(huán)境溫度已知的時(shí)候，可以通過(guò)公式來(lái)計(jì)算芯片的結(jié)溫。但數(shù)據(jù)手冊(cè)給出的熱阻，并非在實(shí)際工程中會(huì)出現(xiàn)的熱阻，例如TLE42754關(guān)于27℃/W的條件備注（即圖2的第2條備注）。因而，這又是一個(gè)不確定的量。

最后來(lái)看TJ結(jié)溫。結(jié)是晶體管中的術(shù)語(yǔ)，當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體形成PN結(jié)的時(shí)候叫做結(jié)。從半導(dǎo)體誕生開(kāi)始，這個(gè)名詞一直沿用至今，從而產(chǎn)生了誤導(dǎo)?，F(xiàn)在的器件上有幾十甚至上百萬(wàn)個(gè)結(jié)點(diǎn)在一個(gè)核心區(qū)域，按照科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆Q呼，叫做核心溫度是不是更加貼切和準(zhǔn)確呢？

從以上對(duì)于計(jì)算公式中的三個(gè)參數(shù)（TA、θJA、TJ）的分析，可以看到，每個(gè)參數(shù)給出值的同時(shí)都帶特定的條件和要求，因而不能簡(jiǎn)單的套用公式來(lái)給出答案。數(shù)據(jù)手冊(cè)是這樣有趣的手冊(cè)，看似她都給了你所有的參數(shù)，但當(dāng)你真正使用的時(shí)候，她又是不確定的。
編輯：hfy