功率開關元件的溫度考量

溫度考量的主要目標是晶圓溫度:

釐清一下一個觀念，一個電源應用工程師在零件參數上的基本觀念
    • P_D 是功率開關最大的消耗功率
    • 此外，這個功率的大小是由不同溫度條件來決定的，它並不是定值
    • 而一般功率元件是以環境溫度25度，來定義 Detasheet 內的標示值

使用傳統開關時，你無法得知實際內部實際晶圓溫度，廠商只好將相關要注意的值都標示上來，只好利用外在條件來做晶圓的溫度估算
而其主要目標只是希望讓內部晶圓接面 Junction 溫度，使用時不超過絕對最大額定值限制
    • 晶圓 junction 溫度指的是PN junction，或者更簡單的說，就是芯片chip

熱阻與功耗的關係
    T_A：環境（大氣）溫度
    T_J：接面溫 Junction Temp.
    T_C：封裝背面溫度
    T_T：封裝標記面 - 表面溫度
    R_thJA (θ_JA)：接面與環境（大氣）之間的熱阻
    R_thJC (θ_JC)：接面和封裝背面之間的熱阻
      • 可用于不同封裝之間的散熱性能比較

P_D 和 熱阻 R_thJC關聯為以下公式
   • JEDEC Standard規定了熱組的測試方式


Example



對於 T_J，使用 150°C 的絕對最大額定值，對於 T_C，使用 25°C，這是功耗的條件。 對於 R_thJC，代入最大值 1.1°C/W。參考P_D裡的 T_C = 25°C 時。
你會發現:

計算結果約為 113.5 W，如同表中出現的 P_D 值。


參考P_D在 T_C = 100°C 條件下的值

一目了然

傳統開關及PI高集成
傳統開關無法絕對保證晶圓溫度安全
  • 傳統開關，無法得知溫度，只能透過設計前做好使用前評估
  • 如產生散熱不良事端，無從得知

Power Integrations擅長IC高度集成，特別是集成高壓開關
     • 同時內部直接偵測晶圓接面溫度，同時做到過溫度保護
     • 不必擔心接面溫度，超過絕對最大額定值限制
     • 散熱不良及早發現
     • 同時擁有開關電流偵測
     • 更完整的保護

高功率模塊已具備溫度偵測
   • IGBT 以及SiC MOAFET Module內部已含 NTC溫度偵測
     • 直接提供晶圓溫度偵測訊息
     • 或同時有電流偵測
     • 提供更完整的電流偵測訊息