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MOSFET器件参数:TJ、TA、TC到底讲啥

廖竹君 来源:上海雷卯电子科技有限公 作者:上海雷卯电子科技 2024-08-15 17:00 次阅读

作为上海雷卯电子的一名资深工程师,我经常被问及MOSFET器件的参数计算问题。在本文中,我将分享关于MOSFET中几个关键温度参数的计算方法:TJ(结温)、TA(环境温度)和TC(外壳温度)。

1. MOSFET温度参数的重要性

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电力电子应用中,温度是影响MOSFET性能和寿命的关键因素。过高的温度会导致器件性能下降,甚至损坏。因此,了解和计算这些温度参数对于确保MOSFET器件的稳定运行至关重要。

2. 温度参数定义TJ、TA、TC

l TJ(结温)(Junction Temperature):是指 MOSFET 芯片内部 PN 结的温度。它是 MOSFET 工作时所能承受的最高温度限制,超过这个温度可能会导致器件性能下降、损坏甚至失效。

l TA(环境温度)(Ambient Temperature)”,指 MOSFET 所处的周围环境的温度。

l TC(外壳温度)Case Temperature):MOSFET外壳表面的温度。 计算结温需要用到热阻参数,下面介绍热阻参数。

3. 热阻定义及计算

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热阻(Rθ)是衡量热量传递难易程度的参数。

l 结到壳的热阻(RθJC):表示从 MOSFET 的结(Junction)到壳(Case)的热阻。

l 壳到环境的热阻(RθCA):表示从 MOSFET 的壳到周围环境的热阻。

l 结到环境的热阻(RθJA):RθJA = RθJC + RθCA。

MOSFET 通常会给出结到壳(RθJC)、结到环境(RθJA)等热阻参数。热阻可以通过数据手册获取。

4. TJ、TA、TC 三个温度参数关系

TJ(结温)= TC(壳温)+ 功率损耗×(结到壳的热阻 RθJC); 公式1

TC(壳温)= TA(环境温度)+ 功率损耗×(壳到环境的热阻 RθCA);公式2

公式2代入公式1 综合可得:

TJ(结温)= TA(环境温度)+ 功率损耗×(结到壳的热阻 RθJC + 壳到环境的热阻 RθCA)

其中功率损耗(Pd)主要由导通损耗和开关损耗组成。

导通损耗 = I² × Rds(on) (其中 I 是导通电流,Rds(on) 是导通电阻)

开关损耗的计算较为复杂,通常需要考虑开关频率、驱动电压等因素,并且可能需要参考 MOSFET 的数据手册提供的公式或曲线。

5.温度计算实例

以下为您提供几个 MOSFET 温度参数计算的实际案例:

例一:

一个 MOSFET 的导通电阻 RDS(on) 为 0.1Ω,导通电流 Id 为 10A,结到环境的热阻 RθJA 为 50°C/W,环境温度 TA 为 25°C。 首先计算功率损耗:P = Id²×RDS(on) = 10²×0.1 = 10W 然后计算结温:TJ = TA + P×RθJA = 25 + 10×50 = 525°C

例二:

另一个 MOSFET 的导通电阻 RDS(on) 为 0.05Ω,导通电流 Id 为 5A,结到壳的热阻 RθJC 为 2°C/W,壳到环境的热阻 RθCA 为 30°C/W,环境温度 TA 为 20°C。 先计算导通损耗:P = Id²×RDS(on) = 5²×0.05 = 1.25W 由于热阻是串联的,总热阻 RθJA = RθJC + RθCA = 2 + 30 = 32°C/W 结温 TJ = TA + P×RθJA = 20 + 1.25×32 = 60°C

例三:

某 MOSFET 在高频开关应用中,开关损耗为 5W,导通损耗为 3W,结到环境热阻 RθJA 为 60°C/W,环境温度 TA 为 30°C。 总功率损耗 P = 5 + 3 = 8W 结温 TJ = TA + P×RθJA = 30 + 8×60 = 510°C

6.结论

通过上述计算,我们可以看到,MOSFET的结温可能达到非常高的水平。一般来说,MOSFET 所能承受的最高结温是有限制的,在设计和使用时,需要确保结温不超过这个极限值,因此,设计合适的散热方案和监控温度是至关重要的。作为上海雷卯电子的工程师,我们始终致力于提供高性能的MOSFET器件,并为客户提供准确的参数计算指导,以确保器件的长期稳定运行。

请注意,本文中的计算仅为示例,实际应用中应根据具体的器件参数和工作条件进行计算。上海雷卯电子提供的器件数据手册和威廉希尔官方网站 支持将帮助您更准确地进行温度参数的计算和评估。

审核编辑 黄宇

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