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器件热特性小议

来源: 原创 / 作者: Jason1028 / 时间: 2018-03-22 00:00
器件热特性小议 Jason 近期,热设计网 QQ 群( 319322744 )内,对器件热特性的问题突然增多。 这些元器件是电子设备的重要组成部分,要合理的分析产品散热风险,就需要对元件的热特

器件热特性小议

Jason

 

近期,热设计网QQ群(319322744)内,对器件热特性的问题突然增多。

这些元器件是电子设备的重要组成部分,要合理的分析产品散热风险,就需要对元件的热特性有细致的了解,特别是发热的元器件。

今天,Jason想跟大家讨论的是元器件的热阻。

一般的,器件的规格书会列明各项热阻,标明数值,并对该项热阻做出定义,如下图所示,是群内一位朋友提供的器件热特性参数表,其中注明了两个热阻:一个是RθJA,无散热器条件下,结到环境的热阻,一边指的是TOP面,数值是22K/W;一个是RθJc,无散热器条件下,结到壳的热阻,一般指的底壳,数值是0.8K/W。并注明了测试的条件:1.安装到环氧层压玻璃板上,并有1.3m2的焊盘;2.测量条件是10MHz5VDC反向电压。

 

朋友纠结的是,结到环境的热阻包含了自然对流的热阻,那么器件的建模时,如何考虑上下两侧的热阻,比如双热阻模型,如何设置结到上壳的热阻,如果采用这个结到环境的热阻RθJA,相当于多引入了一个对流热阻。

事实上,我们需要的是结到外壳的导热热阻,这个热阻是不可以简单的视为一维导热热阻的,热量的传递是三维的,它对壳外部的热阻依存关系比较密切。这个可以参考三维传导或扩散热阻的计算方法。因此,厂商的测试热阻的条件,影响到这些数值的大小。而我们的使用条件,往往跟厂商的测试条件差别很大。所以,这些数据必然和我们的应用条件有所差别。那我们应该怎么办呢?

Belady曾经在Electronics Cooling Magazine说过:The ultimate goal of system thermal design is not the prediction of component temperatures, but rather the reduction of thermally associated risk to the product.(系统热设计的终极目标不是预测器件温度,而是降低产品的散热风险。)所以,当无法精确确定这个器件的热阻值时,Jason建议可以适当将这个热阻值放大一些,也就是说用这个RθJA代替结到上壳的热阻。这样至少可以降低产品的风险。回过头来看,RθJc仅是RθJA3.6%0.8/22),因此下壳才应该是器件的主要传热面,优化传热的方向应该集中在下壳,这样才能有效控制散热风险。

另外一个例子是关于IGBT的热阻的。其实前面Johnson有一篇文章《关于建模问题的讨论》介绍过了。这次又有朋友问,IGBT规格书中的结壳热阻是指一个IGBT芯片的还是整个封装的。如果知道整个IGBT的总发热量为1000W,是不是可以求解结壳温升。

 

前文曾说过,IGBT模块中包含IGBTDiode两种芯片,整个器件的热路图像一个Y字形。而且两种芯片的热阻不同,因此,不可以用整个封装的热损耗乘以这个RthjcPer IGBT)来求解结壳温升。

那么是不是单个芯片呢,答案是否定的。这个IGBT1400安培的模块,其型号是FF1400R17IP4,这种大电流IGBT,常常是多个IGBT芯片并联工作的。经查阅资料,整个封装包含了24IGBT芯片,假定上述的1000W都是IGBT发热,忽略Diode的热量,每个IGBT芯片的发热功率为41.7W,如果这个热阻是指单个芯片的话,那么结壳温差只有0.625℃,这显然是不对的。

另外,关于IGBT的建模,《关于建模问题的讨论》也讲过了,IGBT是不能用双热阻模型的。但是有朋友跟Jason私聊时讲,有人说IGBT也可以用双热阻建模。对此Jason只想说一句,仔细看看器件规格书吧。

关于IGBT的内容,群里零零散散的也讨论过很多次了。如果想对IGBT有系统的了解,欢迎到即将举行的热设计网技术交流会场讨论。电动汽车驱动器的主题,将含有IGBT及水冷的相关内容。初定为4月中旬,即将开始,敬请关注。

 

 

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