功率二极管7-热阻和容许电流

半导体的故障发生与否、寿命、可靠性与工作时的温度有密切的关系。在什么样的冷却条件下，如何使用半导体工作，升高到最高温度时会到达多少℃？进行这样的温度上升计算时需要使用热阻这一参数。进行热设计时，即使在最严酷的条件下，也必须满足所规定的温度限制（例如限制在150℃以下）。除了确保电路能够正常工作以外，从确保可靠性的观点出发，也需要仔细进行热设计。

流动的电流越大，二极管损耗也越大，与此同时，

元件内部的温度也随之上升。在这里介绍两个通过电力损耗和热阻计算温度上升的示例。

连接温度计算示例

（轴心导线二极管，从导线温度计算结温）

根据定义基准的不同，有时会对同一产品规定多个热阻。第一个计算示例使用连接-导线间的热阻、第二个示例使用连接-外壳间和外壳·散热片（散热器）间的热阻。第二个示例将热阻和温度上升的例子重新说明一次。

由此可知，使用热阻可以计算温度差。作为热阻，如果有连接-周围环境之间的数字，可以以环境温度为基准计算连接的温度。其思路为，以可以测量的温度或设计温度为基础，计算追加的温度部

分，以此获得结温。

外壳温度不是封装表面温度。在这里介绍TO-220和TO-247封装的示例。如果您不清楚基准点在那里，请向厂商询问加以确认。

外壳温度的示例（截面图）

过渡热阻

前面说明的热阻是在温度充分饱和状态下，或相对于直流条件下的热阻，称为固定热阻。与此相反，过渡热阻rth为相对于脉冲时间（图中的t0）的热阻。可以使用电力损耗P和rth;通过以下算式计

算结温上升ΔTj。

rth = ΔTj / P
使用过渡热阻计算过渡温度上升的计算方法对方形电力脉冲波有效果。然而，现实中的电流波形大多数场合都与该波形不同。在这里简要介绍这种情况下的处理方法。

过渡热阻的定义

正弦波和三角波电流的处理方法如下。将此类波形置换为峰值电力相同、面积相同的方形波电力波形。

以上是对单个脉冲波的计算示例。连续脉冲中最后两个脉冲（或一个脉冲）以前的部分以平均值计算，在温度计算时刻与最后两个脉冲合并计算累计的温度上升效果。

正弦波电流的处理方法

三角波电流的处理方法

在下一个示例中，由于是10W峰值，负载1/10，平均电力是1W。对1W平均的电力、从后面倒数第二个10W的1ms脉冲，以及最后的10W的1ms脉冲这三个电力适用过渡热阻，计算温度上升。温度计算时刻的温度上升量ΔTj可以通过

ΔTj＝1(W)×（Rth－r11ms）＋10(W)×（r11ms－r10ms＋r1ms)计算。在图中表示了各项的含义。请对照比较算式和图中的内容。另外，Rth是固定热阻，r11ms是11ms，r10ms是10ms，r1ms是1ms时的过渡热阻。该计算方法是功率半导体共通的计算方法。在探讨结温是否在额定值范围内，即从温度角度是否能够使用器件时，应用该方法进行计算。

例如，当脉冲幅度较短（100μs以下）时，忽视此处计算的温度波动成分，单纯从固定热阻和平均损耗计算平均结温，大多数情况下也没有太大的问题。这是由于幅度较短的脉冲中波动成分本身也较小的缘故。

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