不要让热阻值欺骗了你

θ_JA是热阻的单位，用来表示空气到结温的阻值，单位是℃/W或Ｋ/W。做电路设计都需要用到以下的公式来计算元器件的结温：r7Gednc

T_J=T_A+θ_JA·P_Hr7Gednc

式子中：T_J表示元器件的结温，单位是℃；r7Gednc

        T_A表示环境的温度，单位是℃；r7Gednc

        P_H表示元器件的功耗，单位是W；r7Gednc

现在让我们来仔细研究一下这些参数值，看看它们是如何在数据手册中欺骗了你这么多年。r7Gednc

首先来看T_A。T_A是指元器件所处的环境温度，这个值在半导体制造商处的定义如图1所示。然而，在实际的产品中是不可能有这样的环境来满足T_A测试条件的。在哪里测试T_A其实并没有好的定义，T_A不可能是控制器外的空气温度，因为元器件的温度明显取决于元器件周围的空气。那么，就需要确定测试点离元器件的距离和具体点的位置。但是，在实际的工程中没有任何一家公司对如何测量给出确切的定义，因而这个值首先就是不确定的。r7Gednc

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图1：半导体制造商关于环境温度的测试描述。r7Gednc

再看θ_JA。这是指器件从环境到结温所处的温升阻值。和T_A的定义类似，这也是一个理想状态下的值。以TLE42754为例，TLE42754是一颗在汽车电源中广泛使用的LDO，主要将系统的12V电源转换成5V。图2为以TO-252-5封装为例的TLE42754的热阻值。r7Gednc

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图2：TLE42754的热阻值。（图片来源：Infineon公司）r7Gednc

TLE42754的热阻值到底等于多少？以TO-252-5封装的数据手册为例，数据手册中给出了4个值（27℃/W、42℃/W、57℃/W、110℃/W）。这里假设选择27℃/W为最接近设计实例的情况来计算。按照12V输入、5V输出、最大输出电流450mA，那么TLE42754的最大功率为3.15Ｗ，温升约为85℃（27℃/W·3.15W）。但事实真的如此吗？太简单的认真，其实可能是错误的。热阻值在数据手册的定义为芯片结（junction）到空气（ambient）的热阻。当芯片的功耗和环境温度已知的时候，可以通过公式来计算芯片的结温。但数据手册给出的热阻，并非在实际工程中会出现的热阻，例如TLE42754关于27℃/W的条件备注（即图2的第2条备注）。因而，这又是一个不确定的量。r7Gednc

最后来看T_J结温。结是晶体管中的术语，当P型半导体和N型半导体形成PN结的时候叫做结。从半导体诞生开始，这个名词一直沿用至今，从而产生了误导。现在的器件上有几十甚至上百万个结点在一个核心区域，按照科学严谨的称呼，叫做核心温度是不是更加贴切和准确呢？r7Gednc

从以上对于计算公式中的三个参数（T_A、θ_JA、T_J）的分析，可以看到，每个参数给出值的同时都带特定的条件和要求，因而不能简单的套用公式来给出答案。数据手册是这样有趣的手册，看似她都给了你所有的参数，但当你真正使用的时候，她又是不确定的。r7Gednc

（责编：赵明灿）r7Gednc

本文为《电子技术设计》2020年10月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。r7Gednc