热分析的基本参数与概念.docx
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热分析的基本参数与概念.docx
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热分析的基本参数与概念
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Contents
1Introduction
基本参数介绍
一般包括三个参数θja,θjc,θjb,三种参数所指的散热图示如下。
Ta,Tb,Tc的测试点如下:
Tc:
芯片外壳的温度(其中Tt指芯片顶部,Tp指芯片底部。
于Tc通用)
Tb:
芯片管脚接触于PCB处温度
Ta:
芯片周围空气温度
Tj:
芯片内部PN节温度,此温度一般<150℃,否则造成芯片烧毁。
2Activities
Theta-ja(θja)Junction-to-Ambient
PN节到空气的热阻。
单位℃/W。
测量方法
器件说明书中的ΦJA是根据JESD51标准给出的,其标准环境是指将器件安装在较大的印刷电路板上,并置于1立方英尺的静止空气中。
Θja与PCB叠层结构、芯片焊盘大小、高度等均有关系,故因此说明书中的数值(实验室数据)没有太大的参考价值。
但目前只能如此计算。
节温计算公式
Tjunction=Tambient+(θja*Power);
Tambient:
环境温度
Tjunction:
芯片PN节温度
Power:
芯片消耗功率
Theta-jc(θjc)Junction-to-Case
θJC是结到管壳的热阻,管壳可以看作是封装外表面的一个特定点。
此参数最是为预估有散热器的器件设计的。
测量方法
节温计算公式
Tjunction=Tcase+(θjc*Power)
Tcase:
芯片外壳温度
Tjunction:
芯片PN节温度
Power:
芯片消耗功率
一般有散热片的情况下计算公式:
Tjunction=Tambient+((θjc+θcs+θsa)*Power)
θcs:
芯片外壳到散热片的热阻
θsa:
散热片到空气的热阻
Tambient:
环境温度
Tjunction:
芯片PN节温度
Power:
芯片消耗功率
其中θcs的计算公式如下:
θjc与θja的关系
亦可认为存在如下公式
θja=(θjc+θca)
Theta-jb(θjb)Junction-to-Board
是指从结到电路板的热阻,它对结到电路板的热通路进行了量化。
θjb通常的测量位置在电路板上靠近封装处,即1.1节图表所示。
测量方法
节温计算公式
Tjunction=TPCB+(θjb*Power)
TPCB:
PCB处温度
Tjunction:
芯片PN节温度
Power:
芯片消耗功率
θjc与θja的关系
亦可认为存在如下公式
θjb=(θjc+θbb+θba)
Ψ的含义
Ψ和θ之定义类似,但不同之处是Ψ是指在大部分的热量传递的状况下,而θ是指全部的热量传递。
在实际的电子系统散热时,热会由封装的上下甚至周围传出,而不一定会由单一方向传递,因此Ψ之定义比较符合实际系统的量测状况。
Ψjb
ΨJB是结到电路板的热特性参数,单位是°C/W。
热特性参数与热阻是不同的。
与热阻θJB测量中的直接单通路不同,ΨJB测量的元件功率通量是基于多条热通路的。
由于这些ΨJB的热通路中包括封装顶部的热对流,因此更加便于用户的应用。
Tjunction=TPCB+(Ψjb*Power)
Ψjc
Tjunction=Tcase+(Ψjc*Power)(此时不能加散热片)
各种封装的散热效果
由图可见,BGA封装的散热效果最佳。
TIPowerPAD封装的使用注意事项
PCBLayout如上。
由上图可见,背贴器件的封装上的过孔,将极大减少热阻,故PCB设计中注意保证器件底部的过孔数量。
3Results
关于θjaθjcΨJB,ΨJT使用问题
θja计算仅用于理想的PCB理想的贴装,理想的环境。
θjc只有那种特别大的封装才有意义TO220,同时附加有散热片因为直接传导占据最主要的比例。
ΨJB,ΨJT,不同的模型:
在正确使用的时候,是一个非常好的模型。
目前针对电路的芯片节温估算,由于环境温度为85℃,只能得到环境温度信息,PCB板或者芯片的Case的温度均不能得到,故只能使用θja进行大致估算。
4Discussion
热仿真软件的使用(TBD)
若使用热仿真软件,则可将各种参数输入,而不仅是只使用θja,将会得到较精确的仿真参数。
5Conclusions
6Abbreviations,Definitiones,Glossary
7Version
Version
Comments
Date
Revisionby
0001
Initial
18/12/2015
Bai
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- 分析 基本参数 概念