原標題：大功率二極管晶閘管知識連載——熱特性

大功率二極管和晶閘管作為高功率半導體器件，在電力電子領域具有廣泛應用。它們的熱特性是設計和使用過程中需要重點考慮的因素之一。以下是大功率二極管和晶閘管熱特性的詳細解析：

一、熱等效電路與溫度參數

• 熱等效電路：為了描述大功率二極管和晶閘管的熱行為，通常會采用熱等效電路來模擬。這個電路包括結-殼穩態熱阻（Rth JC）、殼-散熱器穩態熱阻（Rth CH）和散熱器穩態熱阻（Rth HA）等關鍵參數。這些參數共同決定了器件在工作時的熱量傳遞路徑和效率。

• 溫度參數：

• 結溫（Tvj）：半導體系統內的平均空間溫度，也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至關重要，超過此值可能導致半導體性能發生不可逆變化甚至損壞。

• 殼溫（Tc）：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。

• 散熱器溫度（TH）：半導體通過散熱器接觸區域及其周圍的冷卻介質與散熱器發生熱交換而達到的溫度。

• 冷卻介質溫度（Ta）：對于空氣冷卻，在散熱器進風口側確定；對于液體冷卻，則在散熱器冷卻液進口處確定。

• 殼溫范圍（Tcop）：使功率半導體正常工作的殼溫范圍。

• 儲存溫度范圍（Tstg）：功率半導體在不帶電情況下可以存儲的溫度范圍。根據DIN IEC 60747-1標準，環氧樹脂平板型器件和PowerBLOCK模塊的最高允許儲存溫度為150℃，時間限制為672小時。

二、熱阻

• 內熱阻（RthJC）：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電流的波形和頻率。雙面冷卻的熱阻通常比單面冷卻的低。

• 傳熱熱阻（RthCH）：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有效。

• 散熱器熱阻（RthCA）：殼溫TC和冷卻介質溫度TA之差與總耗散功率Ptot的比值。

• 總熱阻（RthJA）：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。它是衡量器件整體散熱性能的關鍵指標。

三、冷卻方式

• 自然空氣冷卻：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境溫度TA=45°C的條件下確定的。

• 強制空氣冷卻：通過風扇使冷空氣強制通過散熱器葉片，提高散熱效率。功率半導體的載流能力通常是在環境溫度TA=35°C的條件下確定的。

• 水冷：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。

• 油冷：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。

四、熱特性的重要性

大功率二極管和晶閘管在工作時會產生大量的熱量，如果不能及時有效地散出，將導致器件溫度升高，進而影響其性能和可靠性。因此，了解和掌握這些器件的熱特性，對于設計合理的散熱系統、確保器件在最佳工作狀態下運行具有重要意義。

綜上所述，大功率二極管和晶閘管的熱特性涉及熱等效電路、溫度參數、熱阻以及冷卻方式等多個方面。在實際應用中，需要根據具體需求和條件來選擇合適的器件和散熱方案，以確保系統的穩定性和可靠性。