MOSFET 結溫Tj等參數介紹

主要分享關於MOSFET中幾個關鍵溫度參數的計算方法：TJ（結溫）、TA（環境溫度）和TC（外殼溫度）
 

1. MOSFET溫度參數的重要性
 

在電力電子應用中，溫度是影響MOSFET性能和壽命的關鍵因素。過高的溫度會導致元件性能下降，甚至損壞。因此，了解和計算這些溫度參數對於確保MOSFET元件的穩定運行至關重要。

2. 溫度參數定義TJ、TA、TC
 

l TJ（結溫）（Junction Temperature）：是指 MOSFET 晶片內部 PN 結的溫度。它是 MOSFET 工作時所能承受的最高溫度限制，超過這個溫度可能會導致元件性能下降、損壞甚至失效。
l TA（環境溫度）（Ambient Temperature）”，指 MOSFET 所處的周圍環境的溫度。
l TC（外殼溫度）Case Temperature）：MOSFET外殼表面的溫度。 計算結溫需要用到熱阻參數，下面介紹熱阻參數。

3. 熱阻的定義及計算
 

熱阻（Rθ）是衡量熱量傳遞難易程度的參數。
結到殼的熱阻（RθJC）：表示從 MOSFET 的結（Junction）到殼（Case）的熱阻。
殼到環境的熱阻（RθCA）：表示從 MOSFET 的殼到周圍環境的熱阻。
連接到環境的熱阻（RθJA）：RθJA = RθJC + RθCA。
MOSFET 通常會提供結到外殼（RθJC）、結到環境（RθJA）等熱阻參數。熱阻可以透過資料手冊取得。

4. TJ、TA、TC 三個溫度參數關係
 

TJ（結溫）= TC（殼溫）+ 功率損耗×（結到殼的熱阻 RθJC）；公式1
TC（殼溫）= TA（環境溫度）+ 功率損耗×（殼到環境的熱阻 RθCA）；公式2
將公式2代入公式1，綜合可得：
TJ（結溫）= TA（環境溫度）+ 功率損耗×（結到殼的熱阻 RθJC + 殼到環境的熱阻 RθCA）

5.溫度計算範例
 

以下為您提供幾個 MOSFET 溫度參數計算的實際案例：

例一：
一個 MOSFET 的導通電阻 RDS(on) 為 0.1Ω，導通電流 Id 為 10A，結到環境的熱阻 RθJA 為 50°C/W，環境溫度 TA 為 25°C。首先計算功率損耗：P = Id²×RDS(on) = 10²×0.1 = 10W，然後計算結溫：TJ = TA + P×RθJA = 25 + 10×50 = 525°C。

例二：
另一個 MOSFET 的導通電阻 RDS(on) 為 0.05Ω，導通電流 Id 為 5A，結到殼的熱阻 RθJC 為 2°C/W，殼到環境的熱阻 RθCA 為 30°C/W，環境溫度 TA 為 20°C。先計算導通損耗：P = Id²×RDS(on) = 5²×0.05 = 1.25W。由於熱阻是串聯的，總熱阻 RθJA = RθJC + RθCA = 2 + 30 = 32°C/W。結溫 TJ = TA + P×RθJA = 20 + 1.25×32 = 60°C。

例三：
某 MOSFET 在高頻開關應用中，開關損耗為 5W，導通損耗為 3W，結到環境熱阻 RθJA 為 60°C/W，環境溫度 TA 為 30°C。總功率損耗 P = 5 + 3 = 8W，結溫 TJ = TA + P×RθJA = 30 + 8×60 = 510°C。

6.結論

透過上述計算，我們可以看到，MOSFET的結溫可能達到非常高的水平。一般來說，MOSFET所能承受的最高結溫是有限制的，在設計和使用時，需要確保結溫不超過這個極限值，因此，設計合適的散熱方案和監控溫度是至關重要的。