【導讀】功率二極管晶閘管廣泛應用于A(yíng)C/DC變換器，UPS，交流靜態(tài)開(kāi)關(guān)，SVC和電解氫等場(chǎng)合，但大多數工程師對這類(lèi)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(dòng)態(tài)特性，控制特性，保護以及損耗與熱特性。內容摘來(lái)自英飛凌《雙極性半導體技術(shù)信息》。
4.熱性質(zhì)
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(zhì)的散熱器。通過(guò)類(lèi)比電氣電路來(lái)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-殼穩態(tài)熱阻
Rth CH=殼-散熱器穩態(tài)熱阻
Rth HA=散熱器穩態(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(chēng)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(guò)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域的最高溫度。
4.1.3 散熱器溫度TH
TH是指半導體通過(guò)散熱器接觸區域及其周?chē)睦鋮s介質(zhì)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(jìn)行了測試和規定。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(shí)可以不考慮此值。
4.1.4 冷卻介質(zhì)溫度TA
Ta是冷卻介質(zhì)進(jìn)入散熱器之前的溫度。對于空氣冷卻，在散熱器進(jìn)風(fēng)口側確定此溫度。對于液體冷卻，則在散熱器冷卻液進(jìn)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(méi)有時(shí)間限制的最高允許結溫無(wú)關(guān)，根據DIN IEC 60747-1，環(huán)氧樹(shù)脂平板型器件和PowerBLOCK模塊的最高允許儲存溫度為T(mén)stg= 150℃，時(shí)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(lián)，雙面冷卻的熱阻比單面冷卻的低（見(jiàn)圖32）。
熱阻取決于半導體的類(lèi)型和形狀，因此不會(huì )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域的溫度差TC-TH與總耗散功率Ptot的比值：
規定值僅在器件正確安裝時(shí)有效（見(jiàn)第8章）
4.2.3 散熱器熱阻RthCA
RthCA是殼溫TC和冷卻介質(zhì)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(zhì)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(shí)間的逐漸變化。在數據手冊中，ZthJC是用恒定直流規定的，還有一部用脈沖電流規定。此外，部分熱阻Rthn和時(shí)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(shí)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(méi)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域。另一方面，冷卻方法（自然冷卻/強制冷卻）和冷卻介質(zhì)的流動(dòng)也有很大的影響。
對于自然冷卻和油冷，冷卻介質(zhì)的流動(dòng)是由空氣或油的對流造成的。功率耗散限定了對流，因此實(shí)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(zhì)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(wú)關(guān)。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(jìn)行了測試和規定。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(shí)間的逐漸變化。根據瞬態(tài)總熱阻計算短時(shí)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(guò)程中，通過(guò)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(guò)程中，通過(guò)風(fēng)扇使冷空氣強制通過(guò)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(guò)程中，通過(guò)水排出功率損耗。功率半導體的載流能力通常是在進(jìn)口水溫TA=25°C的條件下確定的。
4.3.4 水冷
在油冷過(guò)程中，通過(guò)油排出功率損耗。功率半導體的載流能力通常是在進(jìn)口油溫TA=70°C的條件下確定的。
來(lái)源：英飛凌
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