[科普中国]-耗散功率

耗散功率就是某一时刻电网元件或全网有功输入总功率与有功输出总功率的差值。

耗散功率，也称集电极最大允许耗散功率PCM，是指晶体管参数变化不超过规定允许值时的最大集电极耗散功率。耗散功率与晶体管的最高允许结温和集电极最大电流有密切关系。硅管的结温允许值大约为150°C，锗管的结温允许值为85°C左右。要保证管子结温不超过允许值,就必须将产生的热散发出去。

简介晶体管耗散功率也称集电极最大允许耗散功率PCM，是指晶体管参数变化不超过规定允许值时的最大集电极耗散功率。耗散功率与晶体管的最高允许结温和集电极最大电流有密切关系。硅管的结温允许值大约为150°C，锗管的结温允许值为85°C左右。要保证管子结温不超过允许值,就必须将产生的热散发出去.晶体管在使用时，其实际功耗不允许超过PCM值，否则会造成晶体管因过载而损坏。

分类/耗散功率编辑通常将耗散功率PCM小于1W的晶体管称为小功率晶体管，PCM等于或大于1W、小于5W的晶体管被称为中功率晶体管，将PCM等于或大于5W的晶体管称为大功率晶体管。

原理/耗散功率编辑如果给晶体管发射结施加正向偏压，给集电结施加反向偏压，使晶体管正常工作，那么电源在晶体管总的耗散功率为：.实际使用时，集电极允许耗散功率和散热条件与工作环境温度有关,增加散热片或增加风冷却,可提高PCM。所以在使用中应特别注意值IC不能过大，散热条件要好。

耗散功率和晶体管的热阻有很大的关系.而晶体管的热阻是表征晶体管散热能力的一个基本参量,该参量对于大功率晶体管的设计,制造和使用尤为重要.所谓热阻就是单位耗散功率引起结温升高的度数，其单位为℃/W。可由下面的公式表示:

由热传导的途径，可以把一般晶体管的热阻分为两部分，即：
其中的是热流由管子底座向周围空气或其他介质散热的热阻，是热流由集电结至晶体管底座的热阻。热阻和晶体管的封装有很大的关系。

集成电路的热阻和晶体管的热阻大至相同.集成电路(IC)的散热主要有两个方向，一个是由封装上表面传到空气中，另一个则是由IC向下传到PCB板上，再由板传到空气中。当IC以自然对流方式传热时，向上传的部分很小，而向下传到板子则占了大部分，以导线脚或是以球连接于板上的方式，其详细的散热模式不尽相同。
封装热阻的改善手段主要可透过结构设计、材料性质改变以及外加散热增进装置三种方式.其中影响最大的加装散热器,但这会增加制造成本和复杂性1。

设计计算/耗散功率编辑双极型晶体管BJT的总耗散功率为Pc=IeVbe+IcVcb+Icrcs≈IcVcb），并且Pc关系到输出的最大交流功率Po：Po=(供给晶体管的直流功率Pd)–(晶体管耗散的功率Pc)=[η/(1–η)]Pc∝Pc，即输出交流功率与晶体管的耗散功率成正比（η=Po/Pd是转换效率）。晶体管功率的耗散(消耗)即发热，如果此热量不能及时散发掉,则将使集电结的结温Tj升高,这就限制了输出功率的提高；最高结温Tjm（一般定为175oC）时所对应的耗散功率即为最大耗散功率Pcm。为了提高Po，就要求提高Pc,但Pc的提高又受到结温的限制，为使结温不超过Tjm，就需要减小晶体管的热阻Rt；最大耗散功率Pcm∝1/Rt。最高结温Tjm时所对应的最大耗散功率为(Pcms≥Pcm)：稳态时，Pcm=(Tjm–Ta)/Rt；瞬态时，Pcms=(Tjm–Ta)/Rts。

提高PCM的措施，主要是降低热阻RT和降低环境温度Ta；同时，晶体管在脉冲和高频工作时,PC增大,安全工作区扩大，则最大耗散功率增大，输出功率也相应提高。

MOSFET其最大输出功率也要受到器件散热能力的限制：Pcm=(Tjm–Ta)/Rt，MOSFET的最高结温Tjm仍然定为175oC,发热中心是在漏结附近的沟道表面处,则Rt主要是芯片的热阻(热阻需要采用计算传输线特征阻抗的方法来求出)。

三极管的耗散功率三极管耗散功率也称集2电极最大允许耗散功率PCM，是指三极管参数变化不超过规定允许值时的最大集电极耗散功率。耗散功率与晶体管的最高允许结温和集电极最大电流有密切关系。硅管的结温允许值大约为150°C，锗管的结温允许值为85°C左右。

要保证管子结温不超过允许值,就必须将产生的热散发出去.晶体管在使用时，其实际功耗不允许超过PCM值，否则会造成晶体管因过载而损坏。

通常将耗散功率PCM小于1W的晶体管称为小功率晶体管，PCM等于或大于1W、小于5W的晶体管被称为中功率晶体管，将PCM等于或大于5W的晶体管称为大功率晶体管。

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所