功率MOSFET的結溫影響器件許多工作參數及使用壽命，數據表中提供了一些基本的數據來評估電路中功率MOSFET的結溫。本文主要來說明MOSFET的穩態和動態熱阻的測量方法
，以及它們的限製條件。熱阻特性也直接影響著後麵對於功率MOSFET電流參數和SOA特性的理解。

 

AON6590(40V，0.99mΩ)熱阻

 

 

 

1 結溫校核曲線

 

數據表中，功率MOSFET有不同的熱阻值，數據表中的熱阻都是在一定的條件下測試的。MOSFET反(fan)並(bing)聯(lian)二(er)極(ji)管(guan)相(xiang)當(dang)於(yu)一(yi)個(ge)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)，一(yi)定(ding)的(de)溫(wen)度(du)對(dui)應(ying)著(zhe)一(yi)定(ding)的(de)二(er)極(ji)管(guan)的(de)壓(ya)降(jiang)。每(mei)一(yi)個(ge)矽(gui)器(qi)件(jian)都(dou)有(you)自(zi)己(ji)獨(du)特(te)的(de)校(xiao)準(zhun)曲(qu)線(xian)，但(dan)是(shi)一(yi)旦(dan)確(que)定(ding)，對(dui)於(yu)任(ren)何(he)的(de)封(feng)裝(zhuang)都(dou)是(shi)有(you)效(xiao)的(de)。

 

器件的安裝有標準的形式
，如果是表貼的元件，器件安裝在1平方英寸2oz銅皮FR4的電路板PCB上，不是隻靠器件本身單獨散熱來進行測試。

 

圖1：測試元件及PCB

 

熱電偶安裝在器件裸露的銅皮或管腳，然後將器件放在攪動的液體油中，器件熱平衡後，體二極管流過固定的電流，電流大小為10mA
，測量體二極管正向壓降VF
，熱電偶對應的器件裸露銅皮或與芯片內部襯底相連的管腳的溫度
，以及環境溫度
，就可以得到典型的體二極管正向壓降VF和隨結溫變化的校核曲線。

 

圖2：測試結溫校核曲線

 

 

 

圖3：VF和結溫校核曲線，IF=10mA

 

2. 穩態測量

 

將裝在標準PCBshangdeqijianfangzaijingtaidekongqizhong
，qijianshanganzhuangredianou，qijiantongguoyidingdegonglvjiareqijianshi，danglianjiedaoguanjiaoderedianoudadaowendingzhuangtai
，celianghuanjingkongqidewenduTA和器件封裝管腳的溫度TC或TL，同時立刻切斷加熱功率
，在10us以內器件沒有冷卻時
，二極管電流切改為10mA，迅速測量二管極的壓降VF，如圖4所示。測量二極管的壓降時，使用KELVIN連接法。

 

圖4：熱阻的測量電路

 

 

圖5：測量熱阻

 

加熱功率或功耗就是二極管的電流乘以二極管壓降：

 

PF = IF * VF

 

根據在10mA測得的二極管的壓降VF，對應圖1的校核曲線，就可以得到器件的結溫TJ，穩態熱阻結到環境空氣RqJA、結到殼RqJC或結到管腳RqJL，可以從下麵公式計算：

 

RqJA = (TJ-TA)/PF

 

RqJC = (TJ-TC)/PF

 

RqJL = (TJ-TL)/PF

 

雖然器件RqJA、RqJC或RqJL和實際偏差隻有幾個百分點，但是，通常使用20-30%的裕量來設定最大的定義值。

 

3 瞬態熱阻

 

瞬態熱阻用來測量脈衝功率加在器件上時器件的熱特性，對於小占空比
、低頻率的脈衝負載更為重要。AON6590的典型瞬態熱阻曲線如圖6所示。

 

 

圖6：規一化最大瞬態熱阻

 

瞬態熱阻測量的方法和穩態熱阻的測量方法相同

，測量單脈衝曲線時，器件通過單脈衝功率，然後關斷單脈衝功率，10us內，將10mA電流流過二極管，測量二極管的壓降VF。按照X軸的脈衝功率寬度，測量每一個點的值。每一點的瞬態熱阻由下麵公式計算：

 

PF = IF*VF

 

ZqJA = (TJ-TA)/PF

 

ZqJC = (TJ-TC)/PF

 

ZqJL = (TJ-TL)/PF

 

規一化值就是將上述值除以對應的穩態的熱阻值。脈衝功率寬度非常低時，由於矽片、封裝和FR4板的熱容形成的時間常數影響結溫上升率，因此測量的結溫也非常小。對於同樣的功率大小
，脈衝時間短，熱阻表現得越小
，如圖6的曲線所示，其它的曲線也一樣用上述測量方法得到。

 

固定的占空比，施加電流脈衝寬度跟隨瞬態熱阻曲線變化。在每一個測量條件下，在切斷加熱電流脈衝後10us內、二極管流過10mA電流測量二極管的電壓VFqian，qijianyaoqiudadaowentai。tongchang
，keyicongdedaoderewangluomoxingzhong
，fenjiedechuzhexiequxian，yifuhedanmaichongquxian。congdengxiaodianludeguandian，rezuwangluokeyidengxiaoweisanjihuosijideRC網絡
，如圖7所示。每一級R和Cdezhi
，youxiangyingdemanzuceliangdedanmaichongquxianlaijueding，duiyuzhankongbidebianhuashimaichongkuandudehanshu，zhegemoxingkeyiyonglaidedaorezuquxian。jiyudanmaichongquxian
，zaishuntairejiarequxianzuzhong，shiyong3或4階的RC網絡仿真，可以得到其它的曲線。

 

圖7：瞬態熱阻的模型

 

有效熱阻受許多因素影響，如銅皮的麵積和布局
、鄰近器件的加熱

、器件周圍空氣流動
、功率耗散的能力、PCB板和器件管腳焊接質量、內部的封裝質量等
，因此，數據表中的熱阻曲線隻是提供一種參考，如果需要更為精確的溫度
，最好在係統上測量器件的實際的溫度。