近日，經(jīng)常被問(wèn)及MOSFET器件的參數(shù)計(jì)算問(wèn)題。在本文中，AMEYA360將分享關(guān)于MOSFET中幾個(gè)關(guān)鍵溫度參數(shù)的計(jì)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(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致器件性能下降，甚至損壞。因此，了解和計(jì)算這些溫度參數(shù)對(duì)于確保MOSFET器件的穩(wěn)定運(yùn)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(shí)所能承受的最高溫度限制，超過(guò)這個(gè)溫度可能會(huì)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?chē)h(huán)境的溫度。

TC(外殼溫度)Case Temperature)：MOSFET外殼表面的溫度。 計(jì)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(jì)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?chē)h(huán)境的熱阻。

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

MOSFET 通常會(huì)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(guò)數(shù)據(jù)手冊(cè)獲取。

4. TJ、TA、TC 三個(gè)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

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

5.溫度計(jì)算實(shí)例

以下為您提供幾個(gè) MOSFET 溫度參數(shù)計(jì)算的實(shí)際案例：

例一：

一個(gè) 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(jì)算功率損耗：P = Id2×RDS(on) = 102×0.1 = 10W

然后計(jì)算結(jié)溫：TJ = TA + P×RθJA = 25 + 10×50 = 525°C

例二：

另一個(gè) 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(jì)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(kāi)關(guān)應(yīng)用中，開(kāi)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(guò)上述計(jì)算，我們可以看到，MOSFET的結(jié)溫可能達(dá)到非常高的水平。一般來(lái)說(shuō)，MOSFET 所能承受的最高結(jié)溫是有限制的，在設(shè)計(jì)和使用時(shí)，需要確保結(jié)溫不超過(guò)這個(gè)極限值，因此，設(shè)計(jì)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(hù)提供準(zhǔn)確的參數(shù)計(jì)算指導(dǎo)，以確保器件的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

審核編輯 黃宇