电子器件热设计估算技巧 1

       半导体器件可以分为大功率器件和小功率器件。

1   大功率器件的额定功率一般是指带散热器时的功率，散热器足够大时且散热良好时，可以认为其表面到

环境之间的热阻为0，所以理想状态时壳温即等于环境温度.功率器件由于采用了特殊的工艺，所以其最高允

许结温有的可以达到175度。但是为了保险起见，一律可以按150度来计算.适用公式：

       Tc =Tj - P*Rjc

设计时，Tj最大值为150,Rjc已知，假设环境温度也确定，根据壳温即等于环境温度，那么此时允许的P也就

随之确定。

2   小功率半导体器件，比如小晶体管，IC，一般使用时是不带散热器的。所以这时就要考虑器件壳体到空气

之间的热阻了。一般厂家规格书中会给出Rja，即结到环境之间的热阻.

          Rja=Rjc+Rca

以三级管2N5551为例，其最大使用功率1.5W是在其壳温25度时取得的.假设此时环境温度恰好是25度，又要消

耗1.5W的功率，还要保证壳温也是25度，唯一的可能就是它得到足够良好的散热！但是一般像2N5551这样

TO-92封装的三极管，是不可能带散热器使用的。所以此时，小功率半导体器件要用到的公式是：

        Tc =Tj - P*Rja 

 Rja：结到环境之间的热阻.一般小功率半导体器件的厂家会在规格书中给出这个参数。2N5551的Rja厂家给的值

是200度/W。已知其最高结温是150度，那么其壳温为25度时，允许的功耗可以把上述数据代入Tc =Tj - P*Rja 得

到 25=150-P*200，得到P=0.625W。事实上，规格书中就是0.625W.因为2N5551不会加散热器使用，所以我们

平常说的2N5551的功率是0.625W而不是1.5W！还有要注意，SOT-23封装的晶体管其额定功率和Rja数据是在

焊接到规定的焊盘（有一定的散热功能）上时测得的。

3    另外告诉大家一个窍门，其实一般规格书中的最大允许储存温度其实也是最大允许结温。最大允许操作温度

其实也就是最大允许壳温，最大允许储存温度时，功率P当然为0，所以公式变为Tcmax =Tjmax - 0*Rjc，即

        Tcmax =Tjmax

      是不是很神奇！最大允许操作温度，一般民用级（商业级）为70度，工业级的为80度.普通产品用的都是民用

级的器件，工业级的一般贵很多。 热路的计算，只要抓住这个原则就可以了：从芯片内部开始算起，任何两点间

的温差，都等于器件的功率乘以这两点之间的热阻.这有点像欧姆定律。任何两点之间的压降，都等于电流乘以这

两点间的电阻。不过要注意，热量在传导过程中，任何介质，以及任何介质之间，都有热阻的存在，当然热阻小

时可以忽略，比如散热器面积足够大时，其与环境温度接近，这时就可以认为热阻为0.如果器件本身的热量就造

成了周围环境温度上升，说明其散热片（有散热片的话）或外壳与环境之间的热阻比较大！这时，最简单的方法

就是直接用Tc =Tj - P*Rjc来计算，其中Tc为壳温，TC 是指芯片壳体表面中心处的温度。Rjc为结壳之间的热阻。

       如果你Tc换成散热片（有散热片的话）表面温度，那么公式中的热阻还必须是结壳之间的加上壳与散热器之

间的在加散热器本身的热阻！另外，如果你的温度点是以环境来取点，那么，想想这中间包含了还有哪些热路

吧。比如，散热片与测试腔体内空气之间的热阻，腔体内空气与腔体外空气间的热阻，这样就比较难算了。