Перейти к содержанию

Переходное тепловое сопротивление (Zth)

Транзистор с тепловым сопротивлением 1 °C/Вт выдерживает импульсы мощности намного больше, чем постоянную нагрузку: кристалл просто не успевает нагреться. Насколько больше — показывает график переходного теплового сопротивления. Разбираем, как им пользоваться.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Переходное тепловое сопротивление Zth (transient thermal impedance) — отношение перегрева кристалла к мощности для импульса заданной длительности и скважности. Обычное тепловое сопротивление RthJC описывает установившийся режим, когда мощность выделяется долго. При коротком импульсе тепло успевает нагреть лишь кристалл и ближайшие слои, поэтому перегрев меньше, а Zth меньше RthJC.

График в даташите

У силовых транзисторов Vishay, например IRF9540 и IRFZ44, это рисунок 11, Maximum Effective Transient Thermal Impedance, Junction-to-Case. По горизонтали — длительность прямоугольного импульса t1 от 10 мкс до 10 с, по вертикали — ZthJC в °C/Вт. Кривые даны для одиночного импульса и для разных скважностей D = t1/t2. На графике же напечатана формула:

TJ,peak=PDM⋅ZthJC+TCT_{J,peak} = P_{DM} \cdot Z_{thJC} + T_C

где PDM — мощность в импульсе, TC — температура корпуса.

Пример

Транзистор с RthJC = 1,0 °C/Вт в корпусе при 60 °C рассеивает 100 Вт. В постоянном режиме кристалл нагрелся бы до 160 °C. Если же это импульсы, для длительности и скважности которых по графику ZthJC = 0,3 °C/Вт (значение для примера), пиковая температура будет 60 + 100 · 0,3 = 90 °C. Чем короче импульс и меньше D, тем ниже кривая, и при длинных импульсах она сходится к RthJC.

Температура корпуса TC сама зависит от средней мощности и радиатора, поэтому расчёт идёт в два шага: средняя мощность определяет TC, а импульс добавляет к ней пиковый перегрев.

Где это нужно

Та же идея видна и в даташитах тиристоров для сетевого тока: у симистора WeEn BT136 тепловое сопротивление кристалл — основание для полуволны (3,7 К/Вт) больше, чем для полной волны (3 К/Вт), потому что при полуволне мощность выделяется импульсами.

Предельная температура перехода не должна превышаться и в пике импульса: Vishay прямо указывает, что повторяющиеся импульсные параметры ограничены максимальной температурой перехода.

Частые вопросы

Чем переходное тепловое сопротивление отличается от обычного?

Обычное тепловое сопротивление RthJC описывает установившийся режим: мощность подаётся долго, и вся тепловая цепь прогрелась. ZthJC — то же отношение перегрева к мощности, но для импульса заданной длительности: пока импульс короткий, тепло успевает нагреть только кристалл, и перегрев меньше. Для длинных импульсов ZthJC стремится к RthJC.

Как посчитать пиковую температуру кристалла при импульсах?

По формуле с графика Vishay: TJ = PDM · ZthJC + TC, где PDM — мощность в импульсе, ZthJC — значение с графика для длительности импульса и скважности D, TC — температура корпуса. Например, при 100 Вт в импульсе, ZthJC 0,3 °C/Вт и корпусе 60 °C кристалл нагреется до 90 °C.

Почему у симистора BT136 два значения теплового сопротивления?

WeEn даёт Rth(j-mb) для полной волны (3 К/Вт) и полуволны (3,7 К/Вт): при полуволне ток течёт в одном полупериоде, мощность выделяется импульсами, и пиковый нагрев кристалла выше при той же средней мощности. Это та же идея, что и переходное тепловое сопротивление, только для синусоидального тока сети.

Источники

  1. Vishay. IRF9540, SiHF9540 Power MOSFET, doc. 91078 (S21-0852 Rev. C, 16-Aug-2021) — Thermal Resistance Ratings: RthJC ≤ 1,0 °C/Вт, RthCS 0,50 °C/Вт, RthJA ≤ 62 °C/Вт; рис. 11 — Maximum Effective Transient Thermal Impedance, Junction-to-Case: ZthJC от длительности прямоугольного импульса t1 (10⁻⁵…10 с) для одиночного импульса и скважностей D = t1/t2; примечания на графике: D = t1/t2, пиковая TJ = PDM · ZthJC + TC; повторяющиеся импульсные параметры ограничены максимальной температурой перехода (см. рис. 11)
  2. Vishay. IRFZ44, IRFZ44PbF Power MOSFET, doc. 91291 (S21-1045 Rev. C, 25-Oct-2021) — RthJC ≤ 1,0 °C/Вт; рис. 11 — Maximum Effective Transient Thermal Impedance, Junction-to-Case; примечание a: повторяющийся параметр, длительность импульса ограничена максимальной температурой перехода (см. рис. 11)
  3. WeEn Semiconductors. BT136-600: 4Q Triac, Product data sheet (Rev.02, 25 September 2024) — табл. 6: Rth(j-mb) ≤ 3 К/Вт для полной волны и ≤ 3,7 К/Вт для полуволны, Rth(j-a) 60 К/Вт в свободном воздухе; рис. 6 — переходное тепловое сопротивление кристалл — монтажное основание в зависимости от длительности импульса

Нашли ошибку?

Смотрите также