MOSFET器件參數：TJ、TA、TC到底講啥

作為上海雷卯電子的一名資深工程師，我經(jīng)常被問(wèn)及MOSFET器件的參數計算問(wèn)題。在本文中，我將分享關(guān)于MOSFET中幾個(gè)關(guān)鍵溫度參數的計算方法：TJ（結溫）、TA（環(huán)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(guān)鍵因素。過(guò)高的溫度會(huì )導致器件性能下降，甚至損壞。因此，了解和計算這些溫度參數對于確保MOSFET器件的穩定運行至關(guān)重要。

2. 溫度參數定義TJ、TA、TC

l TJ（結溫）（Junction Temperature）：是指 MOSFET 芯片內部 PN 結的溫度。它是 MOSFET 工作時(shí)所能承受的最高溫度限制，超過(guò)這個(gè)溫度可能會(huì )導致器件性能下降、損壞甚至失效。

l TA（環(huán)境溫度）（Ambient Temperature）”，指 MOSFET 所處的周?chē)h(huán)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. 熱阻定義及計算

熱阻（Rθ）是衡量熱量傳遞難易程度的參數。

l 結到殼的熱阻（RθJC）：表示從 MOSFET 的結（Junction）到殼（Case）的熱阻。

l 殼到環(huán)境的熱阻（RθCA）：表示從 MOSFET 的殼到周?chē)h(huán)境的熱阻。

l 結到環(huán)境的熱阻（RθJA）：RθJA = RθJC + RθCA。

MOSFET 通常會(huì )給出結到殼（RθJC）、結到環(huán)境（RθJA）等熱阻參數。熱阻可以通過(guò)數據手冊獲取。

4. TJ、TA、TC 三個(gè)溫度參數關(guān)系

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(huán)境溫度）+ 功率損耗×（殼到環(huán)境的熱阻 RθCA）；公式2

公式2代入公式1 綜合可得：

TJ（結溫）= TA（環(huán)境溫度）+ 功率損耗×（結到殼的熱阻 RθJC + 殼到環(huán)境的熱阻 RθCA）

其中功率損耗（Pd）主要由導通損耗和開(kāi)關(guān)損耗組成。

導通損耗 = I2 × Rds(on) （其中 I 是導通電流，Rds(on) 是導通電阻）

開(kāi)關(guān)損耗的計算較為復雜，通常需要考慮開(kāi)關(guān)頻率、驅動(dòng)電壓等因素，并且可能需要參考 MOSFET 的數據手冊提供的公式或曲線(xiàn)。

5.溫度計算實(shí)例

以下為您提供幾個(gè) MOSFET 溫度參數計算的實(shí)際案例：

例一：

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

例二：

另一個(gè) 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(huán)境的熱阻 RθCA 為 30°C/W，環(huán)境溫度 TA 為 20°C。 先計算導通損耗：P = Id2×RDS(on) = 52×0.05 = 1.25W 由于熱阻是串聯(lián)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(kāi)關(guān)應用中，開(kāi)關(guān)損耗為 5W，導通損耗為 3W，結到環(huán)境熱阻 RθJA 為 60°C/W，環(huán)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

通過(guò)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(lái)說(shuō)，MOSFET 所能承受的最高結溫是有限制的，在設計和使用時(shí)，需要確保結溫不超過(guò)這個(gè)極限值，因此，設計合適的散熱方案和監控溫度是至關(guān)重要的。作為上海雷卯電子的工程師，我們始終致力于提供高性能的MOSFET器件，并為客戶(hù)提供準確的參數計算指導，以確保器件的長(cháng)期穩定運行。

請注意，本文中的計算僅為示例，實(shí)際應用中應根據具體的器件參數和工作條件進(jìn)行計算。上海雷卯電子提供的器件數據手冊和技術(shù)支持將幫助您更準確地進(jìn)行溫度參數的計算和評估。