结温的危害及计算公式
二极管的结温计算
二极管结温的计算与应用技巧二极管是一种常用的半导体器件，它具有单向导电的特性，广泛应用于电子电路中。
二极管在工作时会产生热量，导致其内部的PN结温度升高，这就是所谓的结温。
结温是影响二极管性能和寿命的重要因素，过高的结温会导致二极管的参数变化、性能下降、甚至损坏。
因此，正确地计算和控制二极管的结温是保证电路正常工作和提高可靠性的必要条件。
本文主要介绍了二极管结温的概念、计算方法、影响因素和降低措施，以及如何利用热特性曲线和数据手册来进行结温分析和设计。
本文旨在帮助读者了解二极管结温的基本知识和应用技巧，为电子电路设计提供参考。
一、二极管结温的概念1.1 什么是结温结温（Junction Temperature）是指二极管内部PN结的实际工作温度。
它通常高于外壳温度（Case Temperature）和器件表面温度（Surface Temperature）。
结温可以衡量从半导体芯片到封装外壳间的散热效率和热阻。
1.2 结温的产生机制二极管在工作时，由于其内部存在正向压降（Forward Voltage Drop）和反向漏电流（Reverse Leakage Current），会消耗一定的功率（Power Dissipation），从而产生热量。
这些热量主要集中在PN结区域，导致其温度升高。
同时，由于封装材料、引线和散热装置等对热量传导有一定的阻碍，使得PN结区域的热量不能及时散发到环境中，形成了一个热平衡状态。
这个状态下的PN结温度就是结温。
二、二极管结温的计算方法2.1 结温的基本公式根据热平衡原理，可以得到二极管结温的基本公式：T j=T a+P d×Rθja其中：T j是结温，单位为摄氏度（℃）；T a是环境温度，单位为摄氏度（℃）；P d是功耗，单位为瓦特（W）；Rθja是从PN结到环境的热阻，单位为摄氏度每瓦特（℃/W）。
这个公式表明，结温与环境温度、功耗和热阻三个因素有关。
其中，环境温度是外部给定的条件，功耗是由电路参数决定的，而热阻则与器件本身的封装形式、材料、尺寸以及散热装置等有关。
结温定义和计算公式
C结温（Junction Temperature）定义和计算公式
结温（Junction Temperature）
结温是处于电子设备中实际半导体芯片（晶圆、裸片）的最高温度。
它通常高于外壳温度和器件表面温度。
结温可以衡量从半导体晶圆到封装器件外壳间的散热所需时间以及热阻。
最高结温（Maximum junction temperature）
最高结温会在器件的datasheet数据表中给出，可以用来计算在给定功耗下器件外壳至
环境的热阻。
这可以用来选定合适的散热装置。
如果器件工作温度超过最高结温，器件中的晶体管就可能会被破坏，器件也随即失效，所以应采取各种途径降低结温或是让结温产生的热量尽快散发至环境中。
结温为：热阻×输入功率+环境温度,因此如果提高接合温度的最大额定值,即使环境温度非常高,也能正常工作。
一个芯片结温的估计值Tj，可以从下面的公式中计算出来：
Tj=Ta+( R θJA × PD )
Ta = 封装的环境温度( º℃)
R θJA = P-N结至环境的热阻( º℃ / W )
PD = 封装的功耗(W)
降低结温的途径：
1、减少器件本身的热阻；
2、良好的二次散热机构；
3、减少器件与二次散热机构安装介面之间的热阻；
4、控制额定输入功率；
5、降低环境温度。
蒸汽管道损失理论计算及分析
bw k p g f CG t t k l t •-=∆)(热水供热管道的温降1.计算基本公式 温损计算公式为：式中：gk —管道单位长度传热系数C m w ο⋅/p t—管内热媒的平均温度C ︒kt —环境温度C ︒G —热媒质量流量s Kg /C —热水质量比热容C Kg J ︒⋅/l ——管道长度m 由于计算结果为每米温降，所以L 取1m.管道传热系数为∑=+++=ni w w i i i n n g d a d d d a k 111ln 2111ππλπ式中：na ，wa —分别为管道内外表面的换了系数C m w ο⋅2/nd ，wd —分别为管道（含保温层）内外径mi λ—管道各层材料的导热系数C m w ο⋅/（金属的导热系数很高，自身热阻很小，可以忽略不计）。
i d—管道各层材料到管道中心的距离m内表面换热系数的计算根据的研究结果，管内受迫流动的努谢尔特数可由下式计算：42.075.0Pr)180(Re037.0-≈=λnn n d a NPr 为普朗特常数查表可得，本文主要针对供水网温度和回水网温度进行查找得：90摄氏度时Pr=;在75摄氏度时Pr=;外表面换热系数的计算由于采用为直埋方式，管道对土壤的换热系数有：]1)2(2ln[22-+=wt wtwtw d h d h d a λ式中： t λ—管道埋设处的导热系数。
th —管道中心到地面的距离。
3.假设条件：A. 管道材料为碳钢（%5.1≈w ）B. 查表得：碳钢在75和90摄氏度时的导热系数λ都趋近于C m w ο⋅/C.土壤的导热系数t λ=C m w ο⋅/ D. 由于本文涉及到的最大管径为，所以取th =E.保温材料为：聚氨酯，取λ=C m w ο⋅/F. 保温层外包皮材料是：PVC，取λ=Cmwο⋅/G.在75到90摄氏度之间水的比热容随温度的变化很小，可以忽略不计。
4.电厂实测数据为：管径为300mm时，保温层厚度为：50mm，保温外包皮厚度为：7mm；管径为400mm时，保温层厚度为：51mm，保温外包皮厚度为：；管径为500mm时，保温层厚度为：52mm，保温外包皮厚度为：9mm；管径为600mm时，保温层厚度为：54mm，保温外包皮厚度为：12mm；蒸汽管道损失理论计算及分析1、蒸汽管道热损失公式推导稳态条件下，通过单位长度的蒸汽管道管壁的热流量是相同的。
LED失效分析方法
和半导体器件一样，发光二极管(LED)早期失效原因分析是可靠性工作的重要部分，是提高LED可靠性的积极主动的方法。
LED失效分析步骤必须遵循先进行非破坏性、可逆、可重复的试验，再做半破坏性、不可重复的试验，最后进行破坏性试验的原则。
采用合适的分析方法，最大限度地防止把被分析器件(DUA)的真正失效因素、迹象丢失或引入新的失效因素，以期得到客观的分析结论。
针对LED所具有的光电性能、树脂实心及透明封装等特点，在LED早期失效分析过程中，已总结出一套行之有效的失效分析新方法。
2 LED失效分析方法2.1 减薄树脂光学透视法在LED失效非破坏性分析技术中，目视检验是使用最方便、所需资源最少的方法，具有适当检验技能的人员无论在任何地方均能实施，所以它是最广泛地用于进行非破坏检验失效LED的方法。
除外观缺陷外，还可以透过封装树脂观察内部情况，对于高聚光效果的封装，由于器件本身光学聚光效果的影响，往往看不清楚，因此在保持电性能未受破坏的条件下，可去除聚光部分，并减薄封装树脂，再进行抛光，这样在显微镜下就很容易观察LED芯片和封装工艺的质量。
诸如树脂中是否存在气泡或杂质;固晶和键合位置是否准确无误;支架、芯片、树脂是否发生色变以及芯片破裂等失效现象，都可以清楚地观察到了。
2.2 半腐蚀解剖法对于LED单灯，其两根引脚是靠树脂固定的，解剖时，如果将器件整体浸入酸液中，强酸腐蚀祛除树脂后，芯片和支架引脚等就完全裸露出来，引脚失去树脂的固定，芯片与引脚的连接受到破坏，这样的解剖方法，只能分析DUA的芯片问题，而难于分析DUA引线连接方面的缺陷。
因此我们采用半腐蚀解剖法，只将LED DUA单灯顶部浸入酸液中，并精确控制腐蚀深度，去除LED DUA单灯顶部的树脂，保留底部树脂，使芯片和支架引脚等完全裸露出来，完好保持引线连接情况，以便对DUA全面分析。
图1所示为半腐蚀解剖前后的φ5LED，可方便进行通电测试、观察和分析等试验。
热阻与结温计算方法
大功率LED的散热设计关键字：LED散热结构结温散热措施TJ散热面积关系曲线大功率允许温度正向压降大功率LED的散热设计近年来，大功率LED发展较快，在结构和性能上都有较大的改进，产量上升、价格下降；还开发出单颗功率为100W的超大功率白光LED。
与前几年相比较，在发光效率上有长足的进步。
例如，Edison公司前几年的20W白光LED，其光通量为700lm，发光效率为35lm/W。
2007年开发的100W白光LED，其光通量为6000lm，发光效率为60lm/W。
又例如，Lumiled公司最近开发的K2白光LED，与其Ⅰ、Ⅲ系列同类产品比较如表1所示。
从表中可以看出：K2白光LED在光通量、最大结温、热阻及外廓尺寸上都有较大的改进。
Cree公司新推出的XLamp XR～E冷白光LED，其最高亮度挡QS在350mA时光通量可达107～114lm。
这些性能良好的大功率LED给开发LED白光照明灯具创造了条件。
前几年，各种白光LED照明灯具主要是采用小功率Φ5白光LED来做的。
如1～5W 的灯泡、15～20W的管灯及40～60W的路灯、投射灯等。
这些灯具使用了几十到几百个Φ5白光LED，生产工艺复杂、可靠性差、故障率高、外壳尺寸大，并且亮度不足。
为改进上述缺点，这几年逐步采用大功率白光LED来替代Φ5白光LED来设计新型灯具。
例如，用18个2W的白光LED做成的街灯，若采用Φ5白光LED则要几百个。
另外，用一个1.25W的K2系列白光LED，可做成光通量为65lm的强光手电筒，照射距离可达几十米。
若采用Φ5白光LED来做则是不可能的。
图1 结温TJ与相对出光率关系图用大功率LED做的灯具其价格比白炽灯、日光灯、节能灯要高得多，但它的节能效果及寿命比其他灯具也高的多。
如果在路灯系统及候机大厅、大型百货商场或超市、高级宾馆大堂等用电大户的公共场所全部采用LED灯具，其一次性投资较高，但长期的节电效果及经济性都是值得期待的。
蒸汽管道温度损失计算与分析报告
蒸汽管道损失理论计算及分析
1、蒸汽管道热损失公式推导 稳态条件下，通过单位长度的蒸汽管道管壁的热流量 是相同的。 根据稳态导热的原理，可得出蒸汽保温管道的导热热流量式为：
2、总传热系数及其影响因素分析
2.1 总传热系数 k
k
1
n
1 1 ln d i 1
1
h1 d 1 i 1 2 i
d i d n 1
—管段 j 的流量
4 热损失分析 4.1 管道沿途散热损失 4.2 蒸汽管线沿途跑冒热损失 4.3 换热站凝结水热损失
5 工程实例分析
5.1 误差计算
η=
=
5.2 误差分析: A.工程测量中仪表精确度存在误差 B.理论计算中忽略各变量在各自影响因素下的变化，存在计算误差。 5.3 改进方案
A.多层保温材料，将导热系数λ较大的材料至于保温层外侧，增大热阻， 减小导热热流量。
式中： —蒸汽对工作钢管壁的换热系数 —蒸汽管道各层材料的导热系数 —蒸汽管道各层材料到管道中心的距离
ɑ—蒸汽管道对土壤的换热系数（直埋） 或蒸汽管道与空气间的对流换热系数（架空或管沟）
2.2 传热系数 k 的影响因素 2.2 1 蒸汽与管道壁的对流换热系数 ①计算公式:
式中： —努儿特准则数
—蒸汽的导热系数
热水供热管道的温降
1.计算基本公式 1.1 温损计算公式
t l
kg (t p tk ) G•C
为：
fbw
式中： kg —管道单位长度传热系数 w / m C
t p —管热媒的平均温度 C
tk —环境温度 C
G —热媒质量流量 Kg / s
C —热水质量比热容 J / KgC
m l ——管道长度 由于计算结果为每米温降，所以 L 取 1m
LED的结温计算
LED的结温计算LED的PN结结温主要影响LED光通量和寿命，本文用电压法对直插LED，食人鱼LED和大功率LED的结温和热阻进行了实验研究。
在测量LED结温的同时，研究它的光谱变化，色光LED峰值波长的偏移与其结温存在线性关系，白光LED 的总能量和蓝光能量比率（W/B）的变化与结温也存在线性的关系。
LED存在发热现象，随着LED的工作时间和工作电流的增加，其发光强度和光通量会下降，寿命降低，对白光还会导致激发效率的下降，这主要是由于LED结温升高导致的。
对于白光LED，随着结温的增加，LED发出黄光和蓝光的强度以不同的速率下降,白光LED的总能量和蓝光能量比率（W/B）与结温存在关系。
首先对LED的结温进行研究，由此可得到LED的热阻。
然后在测量结温的同时，测量LED光谱变化，可以得出LED的PN结结温与色光LED峰值波长或白光LED的白色/蓝色能量比（W/B）之间存在一定的关系。
因此可以采用非接触式方法来进行结温的测量。
测量原理LED的结温是影响发光二极管各项性能指标的一个重要因素，测量LED结温的方法可用通过测量在不同环境温度下LED的正向电压的大小来得到。
实验原理如图1所示，被测LED置于积分球内，积分球放在恒温箱的中间，积分球内的光经石英光纤导入SSP3112快速光谱分析仪，可以快速测取LED的峰值波长或W/B比率。
将热电偶与LED管脚紧密接触，用测温仪读取不同加热电流和不同环境温度下的管脚温度。
恒温箱的温度范围为0℃-150℃，精度 1℃。
PC机通过高速开关控制对LED的加热电流(IF)和参考电流(IFR)，并测量IF和IFR下的VF 和VFR。
热是从温度高处向温度低处散热。
大功率LED 主要的散热路径是：管芯→散热垫→印制板敷铜层→印制板→环境空气。
若LED 的结温为T J ，环境空气的温度为T A ,散热垫底部的温度为T c （T J ＞T c ＞T A 。
在热的传导过程中，各种材料的导热性能不同，即有不同的热阻。
蒸汽管道温度损失计算及分析
bw k p g f C G t t k l t •-=∆)(热水供热管道的温降1.计算基本公式1.1温损计算公式为：式中： g k —管道单位长度传热系数C m w ο⋅/p t —管内热媒的平均温度C ︒ k t —环境温度C ︒G —热媒质量流量s Kg /C —热水质量比热容C Kg J ︒⋅/ l ——管道长度m 由于计算结果为每米温降，所以L 取1m 1.2.管道传热系数为式中：n a ，w a —分别为管道内外表面的换了系数C m w ο⋅2/ n d ，wd —分别为管道（含保温层）内外径m i λ—管道各层材料的导热系数C m w ο⋅/（金属的导热系数很高，自身热阻很小，可以忽略不计）。
i d —管道各层材料到管道中心的距离m2.1内表面换热系数的计算根据H.Hansen 的研究结果，管内受迫流动的努谢尔特数可由下式计算：Pr 为普朗特常数查表可得，本文主要针对供水网温度和回水网温度进行查找得： 90摄氏度时Pr=1.95;在75摄氏度时Pr=2.38;2.2外表面换热系数的计算由于采用为直埋方式，管道对土壤的换热系数有：式中：t λ—管道埋设处的导热系数。
t h —管道中心到地面的距离。
3.假设条件：A. 管道材料为碳钢（%5.1≈w ）B. 查表得：碳钢在75和90摄氏度时的导热系数λ都趋近于36.7C m w ο⋅/ C.土壤的导热系数t λ=0.6C m w ο⋅/ D. 由于本文涉及到的最大管径为0.6m ，所以取t h =1.8mE.保温材料为：聚氨酯，取λ=0.03C m w ο⋅/ F. 保温层外包皮材料是：PVC ，取λ=0.042C m w ο⋅/ G.在75到90摄氏度之间水的比热容随温度的变化很小，可以忽略不计。
4.电厂实测数据为：管径为300mm 时，保温层厚度为：50mm ，保温外包皮厚度为：7mm ；管径为400mm 时，保温层厚度为：51mm ，保温外包皮厚度为：7.8mm ；管径为500mm 时，保温层厚度为：52mm ，保温外包皮厚度为：9mm ；管径为600mm 时，保温层厚度为：54mm ，保温外包皮厚度为：12mm ；蒸汽管道损失理论计算及分析1、蒸汽管道热损失公式推导稳态条件下，通过单位长度的蒸汽管道管壁的热流量q 1是相同的。
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结温的危害及计算公式
结温指半导体元件内部的温度。
在LED 中是指芯片内发光层(pn结间设置多重量子阱构造的位置)的温度。
LED芯片的发光层在点亮时温度会上升。
一般情况下,结温越高,发光效率就越低。
LED随着输入电流的增加尽管光通量会提高,但发热量会变大。
由此会出现发光层的温度(结温)升高而使发光效率降低,功耗增加,从而使结温进一步上升的恶性循环。
通过降低LED芯片封装及该封装安装底板的热阻,使芯片产生的热量得以散发,避免结温上升等改进,可以提高亮度。
结温为：热阻×输入电力+环境温度,因此如果提高接合温度的最大额定值,即使环境温度非常高,LED也能正常工作。
例如,在白色LED中,有的LED芯片品种的可容许接合温度最高达到+185℃。
接合温度可因LED的点亮方式而大为不同。
例如,脉冲驱动 (向LED输入断续电流驱动,间歇点亮)LED时,结温就不容易上升,而连续驱动(向LED输入稳定电流驱动,连续点亮)LED,结温就容易上升。
芯片蓄热的话光强就会降低
白色LED配备的LED芯片的发光层在点灯过程中温度会上升。
一般情况下,如果被称为结温的发光层部分的温度上升,发光效率就会降低,即使输入电力也不亮。
通过降低LED
芯片封装和封装底板的热阻,散发芯片上产生的热量,设法使结温不上升,能够使发光更亮。
(图根据德国欧司朗光电半导体的资料制作)
如果使用提高了结温最大额定值的LED芯片,在安装使用时能够获得很多优点。
例如,由于增加了输入电力,可提高输出功率。
还可以缩小底板的散热片等。