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快恢復二極管耗散功率怎么計算?

作者:海飛樂技術 時間:2017-04-01 14:26

  在線性條件下,導通的耗散功率計算比較簡單,PD=I2R,或者PD=U2/R。在開關狀態下,計算相對比較復雜。
  1.如果是常通或常閉狀態下,用P=deltaU*I這個公式應該沒問題。(常閉狀態下公式里用反向漏電流)
  2.如果是處于開關狀態,除導通、關斷狀態的損耗外,還要考慮開關過程的損耗。(因為不是理想開關,并且是功率器件,所以過程的損耗往往是不能忽略的。但這部分損耗也很難準確的計算,和很多因素有關,例如電流大小、溫度、恢復時間等。)
  二極管的耗散功率與允許的節溫有關,硅二極管允許的最大節溫是150℃,而鍺允許最大節溫85℃。半導體工作溫度是有限的,當實際的功率增大是,其節溫也將變大,當節溫達到150℃是,此時的功率就是最大的耗散功率。當然,耗散功率與封裝大小也有一定的關系,通常封裝大點的器件,其最大耗散功率也相對大點,最常見的就是大功率器件擁有大體積,大面積的散熱金屬面。
  一個具體型號的二極管其耗散功率與測試條件有關,比如測試環境溫度和散熱條件。通常情況下,測試出來的最大耗散功率是在25℃下。隨著環境溫度的升高,其最大的耗散功率將減少,因為該條件下的導熱溫差變小,比如說在25℃下,某二極管耗散功率能達到1W,在75℃情況下,耗散功率可能變成0.4W。允許最大耗散功率與散熱條件有關,散熱條件越好,耗散功率越高,在同一環境溫度下,耗散功率為1W,加了散熱片之后,耗散功率可能變為1.7W。
表征散熱措施的一個參數是熱阻。熱阻反映阻止熱量傳遞能力的綜合參量。熱阻跟電子學里的電阻類似,都是反映“阻止能力”大小的參考量。熱阻越小,傳熱能力越強;反之,熱阻越大,傳熱能力越小。從類比的角度來看,熱量相當于電流,溫差相當于電壓,熱阻相當于電阻。其中,熱阻Rja:芯片的熱源結到周圍冷卻空氣的總熱阻,其單位是℃/W,表示在1W下,導熱兩端的溫差。
 
  下面我們以肖特基二極管1N4448(快恢復二極管計算也是一樣的)為例。
  1N4448HWS熱特性參數
1N4448HWS熱特性參數
  從中可知,其耗散功率PD=200mW,熱阻為625℃/W,其中這兩個量是環境溫度25℃,焊在FR-4材質 PCB條件下測試的,如手冊說明Part mounted on FR-4 PC board with recommended layout 。
耗散功率與環境溫度有關,溫度越大,耗散功率越小,1N4448HWS耗散功率與環境溫度關系如下:
1N4448HWS耗散功率與環境溫度關系圖
1N4448HWS耗散功率與環境溫度關系圖
  在0~25℃是,耗散功率恒為200mW,在25~150℃時,線性遞減,到達150℃,耗散功率為0,在這個溫度,硅管已經不能工作了。從這個表中,可以計算出熱阻,為625℃/W。根據這個表,可得PD=- 圖片7.jpg(TA-25)+0.2,(TA-≥25),根據這個公式,可計算出不同環境溫度下最大的耗散功率。
在設計過程中,人們更關注器件工作時的溫度,以確保在安全的工作范圍。以1N4448HWS為例,在環境溫度為25℃情況下,實際功率為100mW時,其溫度為25+625*0.1=87.5℃,其能正常工作;當實際功率為200mW時,其溫度為25+625*0.2=150℃,這時候已經達到節溫的最大溫度了,比較危險,應當避免。
二極管的傳熱方面,主要考慮PD和熱阻Rja,前者是最大耗散功率,實際工作不能超過這個數值,后者是傳熱阻力參量,放映不同二極管的傳熱能力。在使用二極管時,不但要考慮正向電流、反向耐壓和開關時間,還要多考慮耗散功率。



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