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  • 耗散功率是什么,耗散功率计算公式介绍
    • 发布时间:2024-05-13 20:03:58
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    耗散功率是什么,耗散功率计算公式介绍
    耗散功率
    晶体管耗散功率也称集电极最大允许耗散功率PCM,是指晶体管参数变化不超过规定允许值时的最大集电极耗散功率。耗散功率与晶体管的最高允许结温和集电极最大电流有密切关系。硅管的结温允许值大约为150°C,锗管的结温允许值为85°C左右。要保证管子结温不超过允许值,就必须将产生的热散发出去.晶体管在使用时,其实际功耗不允许超过PCM值,否则会造成晶体管因过载而损坏。
    通常将耗散功率PCM小于1W的晶体管称为小功率晶体管,PCM等于或大于1W、小于5W的晶体管被称为中功率晶体管,将PCM等于或大于5W的晶体管称为大功率晶体管。
    晶体管耗散功率是指晶体管在工作过程中消耗的电能,通常以瓦特(Watt)为单位来表示。
    它代表了晶体管内部的能量损耗,主要由两个部分组成:
    导通状态时的功耗: 当晶体管处于导通状态时,电流流经晶体管的通道,导致通道中的电阻产生功耗。这部分功耗通常由晶体管的导通电阻(通常以RDS(on)表示)和电流大小决定。
    截止状态时的功耗: 当晶体管处于截止状态时,虽然电流不流过晶体管,但由于存在漏电流(主要是由于热激发引起的),仍然会有一小部分功耗。
    晶体管耗散功率的理解对于电子电路设计非常重要,因为它直接关系到晶体管的温度升高和性能稳定性。较高的耗散功率会导致晶体管升温,而过热可能会损坏晶体管或降低其寿命。因此,电子工程师需要在设计中考虑降低耗散功率的方法,以确保电路的可靠性。
    耗散功率计算公式
    最大耗散功率(Maximum dissipation power):
    (1)对于双极型晶体管:
    BJT的总耗散功率为Pc=Ie Vbe + Ic Vcb + Ic rcs ≈ Ic Vcb),并且Pc关系到输出的最大交流功率Po:Po = (供给晶体管的直流功率Pd) – (晶体管耗散的功率Pc) = [η/(1–η)]Pc ∝ Pc,即输出交流功率与晶体管的耗散功率成正比(η= Po / Pd是转换效率)。
    晶体管功率的耗散(消耗)即发热,如果此热量不能及时散发掉, 则将使集电结的结温Tj升高, 这就限制了输出功率的提高;最高结温Tjm(一般定为175 oC)时所对应的耗散功率即为最大耗散功率Pcm 。
    为了提高Po,就要求提高Pc, 但Pc的提高又受到结温的限制,为使结温不超过Tjm,就需要减小晶体管的热阻Rt;最大耗散功率Pcm ∝1/ Rt 。最高结温Tjm时所对应的最大耗散功率为(Pcms≥Pcm ):稳态时, Pcm = (Tjm–Ta) / Rt ;瞬态时,Pcms = (Tjm–Ta) / Rts 。
    提高PCM的措施,主要是降低热阻RT和降低环境温度Ta ;同时,晶体管在脉冲和高频工作时, PC增大, 安全工作区扩大,则最大耗散功率增大,输出功率也相应提高。
    (2)对于MOSFET:
    其最大输出功率也要受到器件散热能力的限制:Pcm = (Tjm–Ta) / Rt,MOSFET的最高结温Tjm仍然定为175 oC, 发热中心是在漏结附近的沟道表面处, 则Rt主要是芯片的热阻 (热阻需要采用计算传输线特征阻抗的方法来求出)。
    降低晶体管的耗散功率可以采取以下方法:
    选择低导通电阻(RDS(on))的晶体管: 较低的导通电阻会减少导通状态下的功耗。
    有效的电源管理: 在不需要时将晶体管置于截止状态,以减小截止状态下的漏电流。
    散热设计: 提供足够的散热措施,如散热器,以降低晶体管的温度。
    电流限制: 控制电流大小,以确保晶体管工作在安全的范围内,避免过度耗散功率。
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