MOSFET器件參數(shù)：TJ、TA、TC到底講啥

作為上海雷卯電子的一名資深工程師，我經(jīng)常被問及MOSFET器件的參數(shù)計算問題。在本文中，我將分享關(guān)于MOSFET中幾個關(guān)鍵溫度參數(shù)的計算方法：TJ（結(jié)溫）、TA（環(huán)境溫度）和TC（外殼溫度）。

1. MOSFET溫度參數(shù)的重要性

在電力電子應(yīng)用中，溫度是影響MOSFET性能和壽命的關(guān)鍵因素。過高的溫度會導(dǎo)致器件性能下降，甚至損壞。因此，了解和計算這些溫度參數(shù)對于確保MOSFET器件的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。

2. 溫度參數(shù)定義TJ、TA、TC

l TJ（結(jié)溫）（Junction Temperature）：是指 MOSFET 芯片內(nèi)部 PN 結(jié)的溫度。它是 MOSFET 工作時所能承受的最高溫度限制，超過這個溫度可能會導(dǎo)致器件性能下降、損壞甚至失效。

l TA（環(huán)境溫度）（Ambient Temperature）”，指 MOSFET 所處的周圍環(huán)境的溫度。

l TC（外殼溫度）Case Temperature）：MOSFET外殼表面的溫度。 計算結(jié)溫需要用到熱阻參數(shù)，下面介紹熱阻參數(shù)。

3. 熱阻定義及計算

熱阻（Rθ）是衡量熱量傳遞難易程度的參數(shù)。

l 結(jié)到殼的熱阻（RθJC）：表示從 MOSFET 的結(jié)（Junction）到殼（Case）的熱阻。

l 殼到環(huán)境的熱阻（RθCA）：表示從 MOSFET 的殼到周圍環(huán)境的熱阻。

l 結(jié)到環(huán)境的熱阻（RθJA）：RθJA = RθJC + RθCA。

MOSFET 通常會給出結(jié)到殼（RθJC）、結(jié)到環(huán)境（RθJA）等熱阻參數(shù)。熱阻可以通過數(shù)據(jù)手冊獲取。

4. TJ、TA、TC 三個溫度參數(shù)關(guān)系

TJ（結(jié)溫）= TC（殼溫）+ 功率損耗×（結(jié)到殼的熱阻 RθJC）； 公式1

TC（殼溫）= TA（環(huán)境溫度）+ 功率損耗×（殼到環(huán)境的熱阻 RθCA）；公式2

公式2代入公式1 綜合可得：

TJ（結(jié)溫）= TA（環(huán)境溫度）+ 功率損耗×（結(jié)到殼的熱阻 RθJC + 殼到環(huán)境的熱阻 RθCA）

其中功率損耗（Pd）主要由導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗組成。

導(dǎo)通損耗 = I2 × Rds(on) （其中 I 是導(dǎo)通電流，Rds(on) 是導(dǎo)通電阻）

開關(guān)損耗的計算較為復(fù)雜，通常需要考慮開關(guān)頻率、驅(qū)動電壓等因素，并且可能需要參考 MOSFET 的數(shù)據(jù)手冊提供的公式或曲線。

5.溫度計算實例

以下為您提供幾個 MOSFET 溫度參數(shù)計算的實際案例：

例一：

一個 MOSFET 的導(dǎo)通電阻 RDS(on) 為 0.1Ω，導(dǎo)通電流 Id 為 10A，結(jié)到環(huán)境的熱阻 RθJA 為 50°C/W，環(huán)境溫度 TA 為 25°C。 首先計算功率損耗：P = Id2×RDS(on) = 102×0.1 = 10W 然后計算結(jié)溫：TJ = TA + P×RθJA = 25 + 10×50 = 525°C

例二：

另一個 MOSFET 的導(dǎo)通電阻 RDS(on) 為 0.05Ω，導(dǎo)通電流 Id 為 5A，結(jié)到殼的熱阻 RθJC 為 2°C/W，殼到環(huán)境的熱阻 RθCA 為 30°C/W，環(huán)境溫度 TA 為 20°C。 先計算導(dǎo)通損耗：P = Id2×RDS(on) = 52×0.05 = 1.25W 由于熱阻是串聯(lián)的，總熱阻 RθJA = RθJC + RθCA = 2 + 30 = 32°C/W 結(jié)溫 TJ = TA + P×RθJA = 20 + 1.25×32 = 60°C

例三：

某 MOSFET 在高頻開關(guān)應(yīng)用中，開關(guān)損耗為 5W，導(dǎo)通損耗為 3W，結(jié)到環(huán)境熱阻 RθJA 為 60°C/W，環(huán)境溫度 TA 為 30°C。 總功率損耗 P = 5 + 3 = 8W 結(jié)溫 TJ = TA + P×RθJA = 30 + 8×60 = 510°C

6.結(jié)論

通過上述計算，我們可以看到，MOSFET的結(jié)溫可能達到非常高的水平。一般來說，MOSFET 所能承受的最高結(jié)溫是有限制的，在設(shè)計和使用時，需要確保結(jié)溫不超過這個極限值，因此，設(shè)計合適的散熱方案和監(jiān)控溫度是至關(guān)重要的。作為上海雷卯電子的工程師，我們始終致力于提供高性能的MOSFET器件，并為客戶提供準(zhǔn)確的參數(shù)計算指導(dǎo)，以確保器件的長期穩(wěn)定運行。

請注意，本文中的計算僅為示例，實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)具體的器件參數(shù)和工作條件進行計算。上海雷卯電子提供的器件數(shù)據(jù)手冊和技術(shù)支持將幫助您更準(zhǔn)確地進行溫度參數(shù)的計算和評估。

審核編輯 黃宇