昨天发了一帖，简单说了一下分立元件恒流电路相关的内容（
简单说一下分立元件恒流电路的前半部分 ），有人提到了文中举例的元件选型有问题。元件选型毕竟是一个比较大的话题，我就先从如何计算半导体元件的温升入手，举例来简单说一下如何根据半导体元件的损耗、温升来选择功率半导体元件的封装。
以下内容纯手打，转载请署名并注明出处。 先假设一个应用：单节锂电池为一个白光LED供电，使用一个三极管来控制LED恒流工作于300mA。假设白光LED正常工作时的正向压降为3.1V，锂电池最高电压4.2V，那么显然三极管上的最高工作电压就是4.2V-3.1V=1.1V。考虑恒流值为300mA，三极管的损耗功率为1.1V*300mA=0.33W。
这时我们知道了三极管的功耗为0.33W，如何知道三极管的温升呢？这时候需要查阅元件的datasheet，找到备选元件的热阻数据。这里随便选一个常见的三极管2N5551，元件封装是TO-92，查到的资料如下截图（资料来源
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/11488/ONSEMI/2N5551.html）：
找到Thermal Characteristics热参数，里面有Rja=200degC/W，意思是这个器件没有辅助散热措施时，在空气中每耗散1W功率，管芯温度升高200degC。接合上面我们计算得到的三极管耗散功率为0.33W，很容易知道管芯温升为200×0.33=66度。如果这个三极管预计的最高工作环境温度为50度，那么预计它的最高管芯温度（结温）为50+66=116摄氏度。
上面的截图中还有另外一个参数，就是Operating and Storage JunctionTemperature Range工作和储存的结温范围，最高为150摄氏度。通常认为实际工作结温低于最高工作结温的90%（这里是150×0.9=135度）或留有25摄氏度的余量，半导体元件即可保证相对可靠的工作。那么这里的计算结果116度明显低于135度（90%降额）或125度（25度余量），所以这个元件在温度角度考量是安全。也就是说，这个应用中，一个工作于50摄氏度环境下的TO-92封装的三极管2N5551是没有散热问题的。
这种计算方法来自于下面截图中的散热模型（资料来源
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/AN1040-D.PDF）：
图中是一个带有散热器的螺栓安装的元件，比我们前面的例子中多了散热器，这时元件的主要散热途径是管芯（DIE）->元件本体（CASE）->散热器（HEATSINK）->周围的空气（ambient）。热量的流动来自于温差，所以整个散热路径上温度是逐渐降低的。这与电流来自于电压差非常类似，散热模型中将热量等效为电流，热阻等效为电阻，发热源等效为电流源，环境温度等效为电压源，给出了一个大家看起来相对熟悉的电路图。
考虑电路中，一个电流源输出电流I，电流流过一个电阻R，产生的压降是I*R；当发热源的功率为Pd时，热量流过一个热阻为Rθ的散热环节，在这个散热环节上产生的温差就是Pd*Rθ。
于是，散热相关的计算转换为了大家相对熟悉的电路计算，相信大家都可以理解，并应用了。这里再用前面TO-92封装的三极管举例，假如我们不知道三极管的耗散功率是多少，但是有条件测出这个三极管在25度环境中自然散热时的壳温是90度，即外壳温升70度，如何估计出三极管的损耗和结温呢？仍然是用上面的模型，截图中已有数据是管芯到环境的热阻200degC/W，管芯到外壳的热阻是83.3degC/W，那么预计外壳到空气的热阻是200-83.3=116.7degC/W。温升70度对应的耗散功率是70/116.7=0.6W。管芯到外壳的热阻是83.3degC/W，那么管芯到外壳的温差是0.6×83.3=50度，管芯温度为90+50=150度。考虑到datasheet中诶出2N5551在环境温度为25摄氏度时的最高功耗为0.625W，最高结温为150度，前面计算得到的0.6W和140度都已经比较接近器件的极限参数，元件处在一个相对恶劣的工作环境下，对可靠性不利。
以上面的理论和实例为基础，已经可以应对大部分场景下的关于元件温度的计算和评估了。但是前面的理论没有给出当元件的损耗不稳定时的计算方法。比如，一个三极管每10s工作1s，工作时功耗1W，不工作时没有功耗，这种情况下用上面的理论就难以得到准确的结果。不知道关注的人多不多，这里先不写了。这个帖会是一个系列，如果有感兴趣留在后面的帖子中讲。
[ 此帖被香瑶在2017-03-14 11:41重新编辑 ]
