T_J的估算：使用瞬態熱阻的計算範例

目錄

• ・暫態波動示例
• ・什麼是瞬態熱阻？

在此之前我們已經瞭解了在功耗恒定時估算T_J的計算範例，本文將介紹在功耗暫態增加的條件下的計算方法和範例。

暫態波動示例

當輸入電壓發生暫態波動時，最終，功耗也會發生暫態波動，因此可以想像T_J也會隨之波動。在這種情況下，需要使用瞬態熱阻計算出瞬態溫升，將瞬態溫升與穩態T_J相加來計算T_J。

什麼是瞬態熱阻？

嚴格來講，T_J通常從通電的時間點開始上升（發熱），經過一定時間後趨於穩定。正常的熱阻θ_JA是在穩定狀態下的發熱量除以功耗而獲得的值。而瞬態熱阻則具有時間參數。在圖1的示例中，瞬態熱阻是V_IN從13.5V變為35V並經過3s時所產生的熱量除以波動的功耗而獲得的值。

圖2為瞬態熱阻範例。從圖中可以看出，瞬態熱阻Z_TH隨著瞬態時間（脈衝寬度）的增加而增加，大約300s後熱阻值趨於穩定。

使用瞬態熱阻值進行T_J估算時的範例

如前所述，T_J是將使用瞬態熱阻計算得到的瞬態溫升與穩態T_J相加求得的。計算步驟是：先計算穩態和瞬態功耗，接下來使用它們的熱阻計算各自的溫升（發熱量），然後，將穩態和瞬態時的發熱量之和加上T_A，得到瞬態T_J。下面我們來具體計算一下。

計算穩態V_IN＝13.5V、V_OUT＝5.0V、I_OUT＝90mA、I_CC＝40μA（TYP）時的功耗P1。

計算瞬態V_IN＝35V時的功耗P2。請記住，P2是包括穩態P1＝0.77W在內的值。

使用上述穩態熱阻θ_JA＝40℃/W和3s/Duty 5%的瞬態熱阻Z_TH(3s)＝21℃/W，分別計算出它們的T_J的溫升。瞬態期間的溫升是透過從P2中減去常溫下的功耗P1得到的功耗值計算出來的。

穩態溫升 

瞬態溫升 

兩種溫升相加，求得整體的溫升。

整體溫升 

最後，透過加上瞬態環境溫度T_A來求得T_J。T_A為65℃。

瞬態的 

這樣，我們就獲得了13.5V的V_IN在60s的週期內暫態上升到35V達3s時長的條件下的最大T_J。圖3是V_IN瞬態變化與溫升關係示意圖。由於圖2所示的瞬態熱阻特性具有時間參數，因此溫升波形是V_IN的積分波形。

此前的T_J計算是為了掌握功耗暫態增加時的T_J峰值。還有一種不同的方法，是透過平均功耗來估算T_J。下面是在上述相同條件下的計算示例。熱阻值使用穩態熱阻θ_JA＝40℃/W。

平均功耗  ※0.05來自Duty＝5%
平均溫升 

在前面的計算中，瞬態期間的溫升為71.3℃，因此我們可以看出平均功耗的計算方法在這種情況下是不適用的。

在熱計算中最重要的確認要點是T_J是否超過了絕對最大額定值T_{J MAX}。絕對最大額定值是即使一瞬間也不能超過的值，因此有必要知道瞬態期間的峰值溫度。

當瞬態時間足夠長時（暫且不論這是否稱為“瞬態”），例如，在圖2的範例中，當脈衝寬度超過300s時，瞬態熱阻=穩態熱阻，因此只要透過穩態熱阻求最大功耗時的T_J，並確認該值小於T_{J MAX}即可。