【導讀】功率二極管晶閘管廣泛應用于AC/DC變換器，UPS，交流靜態(tài)開關，SVC和電解氫等場合，但大多數工程師對這類雙極性器件的了解不及對IGBT的了解，為此我們組織了6篇連載，包括正向特性，動態(tài)特性，控制特性，保護以及損耗與熱特性。內容摘來自英飛凌《雙極性半導體技術信息》。
4.熱性質
為了維持熱平衡，必須排出半導體中轉化為熱的電能損耗。為此，我們提供了具有明確冷卻性質的散熱器。通過類比電氣電路來描述熱等效電路，如圖32所示。
圖32.二極管和晶閘管的熱等效電路
Rth JC=結-殼穩(wěn)態(tài)熱阻
Rth CH=殼-散熱器穩(wěn)態(tài)熱阻
Rth HA=散熱器穩(wěn)態(tài)熱阻
a–單面冷卻
b–雙面冷卻
4.1 溫度
4.1.1 結溫Tvj,Tvj max
對于所有基本電氣性能而言，結溫是最重要的參照。它代表半導體系統內的平均空間溫度，因此更準確地稱為等效結溫或虛擬結溫。
最高允許結溫Tvj max對器件的功能和可靠性十分重要。如果超過Tvj max，半導體性能可能發(fā)生不可逆變化，并可能損壞。
4.1.2 殼溫TC
Tc是平板型晶閘管或二極管的殼或PowerBLOCK模塊的基板的接觸區(qū)域的最高溫度。
4.1.3 散熱器溫度TH
TH是指半導體通過散熱器接觸區(qū)域及其周圍的冷卻介質與散熱器發(fā)生熱交換而使散熱器達到的溫度。
英飛凌提供的散熱器已在裝好元器件的情況下進行了測試和規(guī)定。因此，給出的散熱器數據包含了器件和散熱器之間的熱阻RthCH。計算時可以不考慮此值。
4.1.4 冷卻介質溫度TA
Ta是冷卻介質進入散熱器之前的溫度。對于空氣冷卻，在散熱器進風口側確定此溫度。對于液體冷卻，則在散熱器冷卻液進口處確定此溫度。
4.1.5 殼溫范圍Tcop
Tcop是可以使功率半導體工作的殼溫范圍。
4.1.6 儲存溫度范圍Tstg
Tstg是功率半導體在不帶電情況下可以存儲的溫度范圍。最高允許儲存溫度與沒有時間限制的最高允許結溫無關，根據DIN IEC 60747-1，環(huán)氧樹脂平板型器件和PowerBLOCK模塊的最高允許儲存溫度為Tstg= 150℃，時間限制為672h。
4.2 熱阻
4.2.1 內熱阻RthJC
RthJC是結溫Tvj和殼溫TC之差與總耗散功率Ptot的比值：
該值取決于器件的內部設計以及通態(tài)電流的波形和頻率。
由于熱阻的并聯，雙面冷卻的熱阻比單面冷卻的低（見圖32）。
熱阻取決于半導體的類型和形狀，因此不會100% 測量，但可以在最初的型式認證試驗中確定。
4.2.2 傳熱熱阻RthCH
RthCH是器件和散熱器接觸區(qū)域的溫度差TC-TH與總耗散功率Ptot的比值：
規(guī)定值僅在器件正確安裝時有效（見第8章）
4.2.3 散熱器熱阻RthCA
RthCA是殼溫TC和冷卻介質溫度TA之差與總耗散功率 Ptot的比值：
4.2.4 總熱阻RthJA
RthJA是等效結溫Tvj和冷卻介質溫度TA之差與總耗散功率Ptot的比值：
4.2.5 瞬態(tài)內熱阻ZthJC
ZthJC描述了元件熱阻隨時間的逐漸變化。在數據手冊中，ZthJC是用恒定直流規(guī)定的，還有一部用脈沖電流規(guī)定。此外，部分熱阻Rthn和時間常數tn被作為解析函數編在表中。
4.2.6 散熱器瞬態(tài)熱阻ZthCA
ZthCA描述了散熱器熱阻隨時間的逐漸變化。ZthCA在單獨數據手冊中有定義。此外，熱阻解析函數的 RthCAn和tn值被列于表格中。散熱器通常沒有一般定義的瞬態(tài)熱阻。一方面，瞬態(tài)熱阻取決于功率半導體和散熱器的接觸區(qū)域。另一方面，冷卻方法（自然冷卻/強制冷卻）和冷卻介質的流動也有很大的影響。
對于自然冷卻和油冷，冷卻介質的流動是由空氣或油的對流造成的。功率耗散限定了對流，因此實際功率耗散是針對自然冷卻和油冷確定的。必須注意散熱器的正確方向和位置。
對于強制冷卻和水冷，冷卻介質的流量是指定的。
因脈沖電流造成的短期溫度變化與這些參數無關。它們被散熱器的大熱容量均衡了。
英飛凌提供的散熱器已在裝好元器件的情況下進行了測試和規(guī)定。這些給定的散熱器數據包含了器件和散熱器之間的傳熱熱阻RthCH。因此，不必考慮此值。
4.2.7 總瞬態(tài)熱阻ZthJA
ZthJA描述了總熱阻隨時間的逐漸變化。根據瞬態(tài)總熱阻計算短時負載結溫。ZthJA是以下兩項的和：
4.3 冷卻
4.3.1 自然空氣冷卻
在自然空氣冷卻（空氣對流冷卻）過程中，通過空氣自然對流排出功率損耗。功率半導體的載流能力通常是在環(huán)境溫度TA=45°C的條件下確定的。
4.3.2 強制空氣冷卻
在強制空氣冷卻過程中，通過風扇使冷空氣強制通過散熱器葉片。功率半導體的載流能力通常是在環(huán)境溫度TA=35°C的條件下確定的。
4.3.3 水冷
在水冷過程中，通過水排出功率損耗。功率半導體的載流能力通常是在進口水溫TA=25°C的條件下確定的。
4.3.4 水冷
在油冷過程中，通過油排出功率損耗。功率半導體的載流能力通常是在進口油溫TA=70°C的條件下確定的。
來源：英飛凌
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