Перейти к содержанию

Температура кристалла (TJ)

Предельные температуры в даташите почти всегда относятся не к корпусу и не к воздуху, а к кристаллу — самому горячему месту микросхемы. Его температуру нельзя измерить напрямую, её считают по мощности и тепловому сопротивлению.

Обновлено Редакция GAW

Температура кристалла (junction temperature, TJ) — температура полупроводникового кристалла внутри корпуса. Именно к ней относятся пределы в даташитах: при перегреве кристалла меняются параметры, растут утечки и ускоряется старение. В даташитах TI её называют operating virtual junction temperature — «виртуальной», потому что измерить её напрямую нельзя, её вычисляют.

Основная формула:

TJ=TA+P⋅RθJAT_J = T_A + P \cdot R_{\theta JA}

где TA — температура окружающего воздуха, P — рассеиваемая мощность, RθJA — тепловое сопротивление кристалл–воздух.

TI в даташите LM317 даёт порядок расчёта в обратную сторону — от предела к требованию на радиатор:

  1. Мощность: PD = (Uвх − Uвых) · Iнагр + Uвх · Iсобств.
  2. Допустимый нагрев: TR = TJ(max) − TA(max).
  3. Допустимое тепловое сопротивление: RθJA = TR / PD.
  4. Если корпус сам по себе хуже, нужен радиатор с θHA ≤ RθJA − (θCH + RθJC), где θCH — прокладка, RθJC — кристалл–корпус.

Пределы из даташитов:

МикросхемаРекомендуемая TJАбсолютный пределТепловая защита
LM317 (TI)0…125 °C150 °C (старый кристалл)есть
LM317 (onsemi)0…125 °C (LM317T), −55…150 °C (NCV317)150 °Cоколо 180 °C
SN65HVD3082E (TI)−40…130 °C170 °C165 °C

TI отдельно предупреждает: работа LM317 при предельных 150 °C может снизить надёжность. Поэтому расчёт ведут по рекомендуемому пределу, а тепловая защита — это аварийный рубеж выше рабочего диапазона. Подобрать радиатор по этой методике поможет калькулятор радиатора, пример для стабилизатора — в карточке LM317 и LM337.

Частые вопросы

Как рассчитать температуру кристалла?

TJ = TA + P · RθJA, где TA — температура воздуха, P — рассеиваемая мощность, RθJA — тепловое сопротивление кристалл–воздух. Например, LM317 в TO-220 без радиатора при 1 Вт и 40 °C: по onsemi RθJA = 65 °C/Вт, значит TJ ≈ 40 + 65 = 105 °C. С радиатором вместо RθJA складывают сопротивления кристалл–корпус, прокладки и радиатора.

Какая максимальная температура кристалла допустима?

Её задаёт даташит, и обычно указаны две границы: рекомендуемая для работы и предельная. У LM317 TI рекомендует 0…125 °C, а работу при предельных 150 °C считает снижающей надёжность. У трансивера SN65HVD3082E рекомендуемый предел — 130 °C, абсолютный — 170 °C. Проектируют по рекомендуемому значению с запасом.

Почему нельзя полагаться на тепловую защиту?

Она срабатывает выше рабочего диапазона и спасает от аварии, а не обеспечивает нормальную работу. У LM317 onsemi указывает срабатывание около 180 °C и оговаривает, что это не проверяется в производстве, а у SN65HVD3082E защита включается при 165 °C, выше рекомендуемых 130 °C.

Источники

  1. Texas Instruments. LM317 3-Pin Adjustable Regulator (SLVS044Z, revised April 2025) — разд. 6.1 — рабочая температура кристалла старого кристалла −65…150 °C, разд. 6.3 — рекомендуемая 0…125 °C; разд. 8.5.1.1.1 — новый кристалл не должен превышать 125 °C; уравнения 9–12: PD = (VIN − VOUT) · IL + VIN · IG, TR(MAX) = TJ(MAX) − TA(MAX), RθJA = TR(MAX) / PD, θHA ≤ RθJA − (θCH + RθJC); разд. 6.6 — работа при предельной TJ 150 °C может снизить надёжность
  2. onsemi. LM317, NCV317: Voltage Regulator – Adjustable Output, Positive 1.5 A (LM317/D, Rev. 18, September 2026) — диапазон температуры кристалла: LM317T 0…125 °C, LM317BT −40…125 °C, NCV317 −55…150 °C; RθJA TO-220 65 °C/Вт, RθJC 5 °C/Вт; тепловая защита около 180 °C, не проверяется в производстве
  3. Texas Instruments. SNx5HVD308xE Low-Power RS-485 Transceivers (SLLS562O, revised July 2023) — разд. 6.1 — предельная температура кристалла 170 °C, разд. 6.3 — рекомендуемая −40…130 °C; разд. 8.3 — тепловая защита при 165 °C

Нашли ошибку?

Смотрите также