半导体器件的功率损耗和耗散功率

半导体器件的功率损耗和耗散功率往往很容易混淆,分不清楚。

功率损耗简称功耗。它并不在规格书上显现出来,而是体现为另一类参数,如在二极管上体现为正向导通压降,在三极管上体现为饱和压降,在MOS管上体现为导通电阻,在稳压IC上体现为落差电压。功耗等于二极管的工作电流乘导通压降,等于三极管的工作电流乘饱和压降,等于MOS管的工作电流的平方乘导通电阻,等于稳压IC的工作电流乘落差电压。功率损耗反映的是器件本身的消耗,通常就是发热,如同儿歌中唱到的,永做革命的锣丝钉,有一分热,发一分光。

由于功率损耗代表的是半导体器件的自身消耗,所以是越小越好。pg在宣传半导体器件的优点时,就说低功耗。好的二极管称低导通压降二极管,好的三极管称低饱和压降三极管,好的MOS管称低导通电阻MOS管,好的稳压IC称低落差电压LDO稳压IC。

由于半导体器件存在功率损耗,器件本身会发热,温度会升高。如果这些热量不能及时散发出去,温度不断升高,半导体器件就会损坏。好在半导体器件的管体、特意加粗的管脚和加大的散热片作为管壳,都能帮助散热,让器件一方面发热,一方面散热,保持一种热的动态平衡。这就引出了半导体器件的另一个参数,叫耗散功率。

半导体器件的耗散功率,是反映器件散热能力的参数。耗散功率一定会在产品的规格书中显示出来,而且是在第一页的额定参数表格里面。功率较大的半导体器件,还会列出一个叫热阻的参数。耗散功率和热阻是相关联的,耗散功率等于器件能承受的最大温升除热阻。你看热阻的单位是/W,表明的是半导体器件因功耗产生的发热程度,即每瓦功耗下温度升到多少度。热阻是可测量的,就跟压降或电阻是可测量的一样。测量出热阻后就可计算出耗散功率,耗散功率的分子是器件能承受的最大温升,如果器件的最高结温是150,最高温升为150-25=12525是环境温度)。分母是热阻,计算结果耗散功率的单位是W。

耗散功率跟功率损耗刚好相反,耗散功率是越大越好,表明散热能力越好。表明发热程度的热阻是越小越好。耗散功率较大或热阻较小的半导体器件,除了芯片面积会较大外,还与较长、较宽、较厚的管脚或较大面积的散热片也是密切相关的。功率再大的半导体器件,还需要通过导热膏与外加的散热器紧密接触,甚至要想让管壳、管脚等散热部件保持温度不会过高,需要再加散热风扇进行冷却。所以耗散功率和热阻会标上附带条件,如环境温度Ta或管壳温度Tc,热阻的参数名都会从结到环境的热阻RθJA变成结到管壳的热阻RθJC(没有管壳或代替管壳的散热片,只有较粗管脚的变成结到管脚的热阻RθJL)。二者的数值相差很大,与管壳或散热片或较粗的管脚与空气的接触面积的大小有关。