耗散功率也称集电极最大允许耗散功率PCM,是指晶体管参数变化不超过规定允许值时的最大集电极耗散功率。是某一时刻电网
元件或者全网有功输入总功率与有功输出总功率的差值。 在线性条件下,导通的耗散功率计算比较简单,PD=I2R,或者PD=U2/R;而在开关状态下,计算相对比较复杂。
二极管的耗散功率与允许的节温有关,硅二极管允许的最大节温是150℃,而锗允许最大节温85℃。
半导体工作温度是有限的,当实际的功率增大是,其节温也将变大,当节温达到150℃是,此时的功率就是最大的耗散功率。当然,耗散功率与封装大小也有一定的关系,通常封装大点的器件,其最大耗散功率也相对大些,最常见的就是大功率器件拥有大体积,大面积的散热金属面。
一个具体型号的二极管其耗散功率与测试条件有关,比如测试环境温度和散热条件。通常情况下,测试出来的最大耗散功率是在25℃下。随着环境温度的升高,其最大的耗散功率将减少,因为该条件下的导热温差变小,比如说在25℃下,某款二极管耗散功率能达到1W,在75℃情况下,耗散功率可能变成0.4W。允许最大耗散功率与散热条件有关,散热条件越好,耗散功率越高,在同一环境温度下,耗散功率为1W,加了散热片之后,耗散功率可能变为1.7W。
表征散热措施的一个参数是热阻。热阻反映阻止热量传递能力的综合参量。热阻跟
电子学里的电阻类似,都是反映“阻止能力”大小的参考量。热阻越小,传热能力越强;反之,热阻越大,传热能力越小。从类比的角度来看,热量相当于电流,温差相当于电压,热阻相当于电阻。其中,热阻Rja:芯片的热源结到周围冷却空气的总热阻,其单位是℃/W,表示在1W下,导热两端的温差。
以MDD 1N4448WS为例,查看其规格书,可知其热特性如下:
从中可知,其耗散功率PD=400mW,热阻为250℃/W,其中这两个量是环境温度25℃,焊在FR-4材质
PCB条件下测试的。耗散功率与环境温度有关,温度越大,耗散功率越小,1N4448WS耗散功率与环境温度关系如下:
在0~50℃时,耗散功率恒为400mW,在50~150℃时,线性递减,到达150℃,耗散功率为0,在这个温度,硅管已经不能工作了。从这个表中,可以计算出热阻,其线性部分斜率倒数:
|1/k|=Rja=(150-50)/0.4=250℃/W
根据这个表,可得:
PD=-1/250(TA-50)+0.4,(TA-≥50)
根据上述这个公式,我们可计算出1N4148WS开关管在不同环境温度下最大的耗散功率。
在实际
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设计过程中,大多数研发工程师更关注器件工作时的温度,以确保在安全的工作范围。以MDD 1N4448WS为例,在环境温度为50℃情况下,实际功率为200mW时,其温度为50+250*0.2=100℃,其能正常工作;当实际功率为400mW时,其温度为50+250*0.4=150℃,这时候已经达到节温的最大温度了,比较危险,应当避免。
二极管的传热方面,主要考虑PD和热阻Rja,前者是最大耗散功率,实际工作不能超过这个数值,后者是传热阻力参量,放映不同二极管的传热能力。在使用二极管时,不但要考虑正向电流、反向耐压和开关时间,还应该考虑到耗散功率。
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更加的智能化,专业的规格书是要比现实所需更要严格得多。
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