近日，經常被問及MOSFET器件的參數計算問題。在本文中，AMEYA360將分享關于MOSFET中幾個關鍵溫度參數的計算方法：TJ(結溫)、TA(環境溫度)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性能和壽命的關鍵因素。過高的溫度會導致器件性能下降，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 工作時所能承受的最高溫度限制，超過這個溫度可能會導致器件性能下降、損壞甚至失效。

l TA(環境溫度)(Ambient Temperature)”，指 MOSFET 所處的周圍環境的溫度。

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 殼到環境的熱阻(RθCA)：表示從 MOSFET 的殼到周圍環境的熱阻。

l 結到環境的熱阻(RθJA)：RθJA = RθJC + RθCA。

MOSFET 通常會給出結到殼(RθJC)、結到環境(RθJA)等熱阻參數。熱阻可以通過數據手冊獲取。

4. TJ、TA、TC 三個溫度參數關系

TJ(結溫)= TC(殼溫)+ 功率損耗×(結到殼的熱阻 RθJC); 公式1

TC(殼溫)= TA(環境溫度)+ 功率損耗×(殼到環境的熱阻 RθCA);公式2

代入公式1，綜合可得：

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

其中功率損耗(Pd)主要由導通損耗和開關損耗組成。

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

開關損耗的計算較為復雜，通常需要考慮開關頻率、驅動電壓等因素，并且可能需要參考 MOSFET 的數據手冊提供的公式或曲線。

5.溫度計算實例

以下為您提供幾個 MOSFET 溫度參數計算的實際案例：

例一：

一個 MOSFET 的導通電阻 RDS(on) 為 0.1Ω，導通電流 Id 為 10A，結到環境的熱阻 RθJA 為 50°C/W，環境溫度 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 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，殼到環境的熱阻 RθCA 為 30°C/W，環境溫度 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 在高頻開關應用中，開關損耗為 5W，導通損耗為 3W，結到環境熱阻 RθJA 為 60°C/W，環境溫度 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。一般來說，MOSFET 所能承受的最高結溫是有限制的，在設計和使用時，需要確保結溫不超過這個極限值，因此，設計合適的散熱方案和監控溫度是至關重要的。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，并為客戶提供準確的參數計算指導，以確保器件的長期穩定運行。

審核編輯 黃宇