MOS管熱阻計算、測量方法圖文分享-KIA MOS管

MOS管熱阻計算

MOS管熱阻的計算公式：

Rth = (Tj- Ta) / P。

其中，Rth為MOS管的熱阻，單位為°C/W；Tj為MOS管的結溫，單位為°C；Ta為MOS管的環境溫度，單位為°C；P為MOS管的功率損耗，單位為W。

MOS管的熱阻計算涉及以下方面：

穩態熱阻：

穩態熱阻是指在穩定工作狀態下，兩測量點之間的溫差與通過散熱面的能量之比。

公式為：[ R_{\Theta} = \frac{\Delta T}{Pd} ] 其中，[ \Delta T ] 是溫差，[ Pd ] 是單位時間內通過散熱面的能量。穩態熱阻是一個反映散熱體散熱性能的參數，其值越大，散熱越慢。

瞬態熱阻：

瞬態熱阻用于衡量電路中開關時刻、浪涌時刻等瞬間的與散熱相關的能力。它反映了散熱體在熱慣性的作用下，在熱傳遞過程中對熱阻的改變。瞬態熱阻的定義是在某一時間間隔末尾，兩測試點的溫度變化與引起這一變化的耗散功率之比。

MOS管的熱阻參數：

數據手冊中通常提供的熱阻參數，如RJA或RBJC，是指從MOS管的結溫到周圍環境的熱阻。例如，RBJC表示MOS管結溫到表面的熱阻。

計算方法示例：

對于給定的MOS管，可以使用其數據手冊中提供的熱阻參數（如RJA=62℃/W）來計算溫升。例如，當MOS管以5A的電流工作時，可以計算溫升為[ Pd * Rja = I^2 * Rds(on) * Rja ]。

散熱條件的影響：

不同的散熱條件（如MOS管是否焊接到PCB或直接暴露在空氣中）會影響其散熱性能，從而影響熱阻的計算。例如，焊接到PCB上的MOS管相比直接暴露在空氣中的MOS管具有更小的熱阻。

封裝類型的影響：

不同封裝的MOS管（如To-220封裝）在計算熱阻時需要考慮不同的散熱路徑和條件。例如，如果不使用散熱器，需要使用Rja來計算溫度。

MOS管熱阻的測量方法

穩態熱阻：兩處測量點溫差△T，單位時間內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。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）、頻率等有關聯。穩態熱阻的局限性就顯現出來了。所以引入了瞬態熱阻，用來衡量電路中開關時刻、浪涌時刻等瞬間的與散熱相關的能力。

瞬態熱阻的定義：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。不難看出瞬態熱阻與穩態熱阻具有關聯性。瞬態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、結溫與殼溫

3、測試電路

萬用表測得數據記為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，類似于下圖設備。主要是為了保證靜態無風狀態。加熱后，使其內部達到熱平衡。即Tj=Tc。這個溫度（T1）不能過低，因為溫度過低，結溫和殼溫不可能相同。

電路中使用的電阻R為2KΩ，緩慢調節電源電壓U至20.7V時（二極管通態壓降為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與對應溫度。根據Uf=U-UR，得出數據；

第二步：將溫箱溫度調回T1，并放入一個熱電偶測量溫箱內環境溫度Ta，進一步確認數據準確性。再連接一個熱電偶至MOS，測量殼溫Tc。當然實際測量的mos應該已經焊接在電路板上了。

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Uf。根據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，找對應的溫度，即Tj。

最終，按照公式計算熱阻：

結到殼的熱阻RΘjc=(Tj-Tc)/Pd

殼到環境的熱阻RΘca=（Tc-Ta）/Pd

結到環境的熱阻RΘja=(Tj-Ta)/Pd

這種方法是實驗室粗略估計熱阻的一種方式。

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