电子元器件 热阻的理解

今天早上在看开关电源的设计资料，其中提到开关管的参数选型时有说到热阻的概念。对于这个概念，一直都感觉没有彻底理解这个参数，模糊中记得热阻就像电阻一样，电阻式阻碍电子流动的量纲，而热阻就是阻碍热量流动的量纲。也不知道这样的理解对不对，因此网上再检索些资料，以便加深理解。

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基本概念：

Ta：Temperature Ambient 环境温度

Tc：Temperature Case外壳温度

Tj：Temperature Junction节点温度

热阻Rja：芯片的热源结Junction到外围冷却空气Ambient的总热阻，乘以其发热量即获得器件的温升。

热阻Rjc：芯片的热源结到外壳间的热阻，乘以发热量即获得结与壳的温差。

热阻Rjb：芯片的热源结到PCB板间的热阻，乘以通过单板热导的散热量即获得结与单板间的温差。

电子元件热阻的计算：

通用公式：Tcmax=Tj-P*（Rjc+Rcs+Rsa）

条件1：散热片heat sink足够大而且接触足够良好的情况下：

热阻公式：Tcmax=Tj-P*Rjc

条件2:：散热片heat sink不大或者接触足够一般/较差的情况下：

热阻公式：Tcmax=Tj-P*（Rjc+Rcs+Rsa）

--------其中，Rjc表示芯片内部至外壳的热阻；Rcs表示外壳至散热片的热阻；Rsa表示散热片的热阻

条件3：没有散热片情况下：

大功率半导体器件：热阻公式Tcmax=Tj-P*（Rjc+Rca），其中Rca表示外壳至空气的热阻

小功率半导体器件：热阻公式Tcmax=Tj-P*Rja，其中Rja表示结到环境之间的热阻

***********************************举例*************************************

三极管2N5551（以下计算是在加有足够大的散热片而且接触足够良好的情况下）

 规格书中给出25度(Tc)时的功率是1.5W(P)，Rjc是83.3度/W。此代入公式有:25=Tj-1.5*83.3可以从中推出Tj为150度。芯片最高温度一般是不变的。所以有Tc=150-Ptc*83.3，其中Ptc表示温度为Tc时的功耗。假设管子的功耗为1W，那么，Tc=150-1*83.3=66.7度。注意，此管子25度(Tc)时的功率是1.5W，如果壳温高于25度，功率就要降额（降低使用功率）使用。规格书中给出的降额为12mW/度(0.012W/度)。我们可以用公式来验证这个结论.假设温度为Tc，那么，功率降额为0.012*(Tc-25).则此时最大总功耗为1.5-0.012*(Tc-25)。把此时的条件代入公式得出: Tc=150-(1.5-0.012*(Tc-25))×83.3，公式成立。

    一般情况下没办法测Tj，可以经过测Tc的方法来估算Ttj，公式变为: Tj=Tc+P*Rjc 。　　

    同样以2N5551为例。假设实际使用功率为1.2W，测得壳温为60度，那么: Tj=60+1.2*83.3=159.96此时已经超出了管子的最高结温150度了!按照降额0.012W/度的原则，60度时的降额为(60-25)×0.012=0.42W，1.5-0.42=1.08W。也就是说，壳温60度时功率必须小于1.08W，否则超出最高结温。

    假设规格书没有给出Rjc的值：可以如此计算: Rjc=(Tj-Tc)/P，如果也没有给出Tj数据，那么一般硅管的Tj最大为150至175度。同样以2N5551为例.知道25度时的功率为1.5W，假设Tj为150，那么代入上面的公式: Rjc=(150-25)/1.5=83.3 如果Tj取175度则 Rjc=(175-25)/1.5=96.6 所以这个器件的Rjc在83.3至96.6之间。

    如果厂家没有给出25度时的功率：那么可以自己加一定的功率加到使其壳温达到允许的最大壳温时，再把数据代入: Rjc=(Tjmax-Tcmax)/P 有给Tj最好，没有时，一般硅管的Tj取150度。