トランジスタの熱暴走とは何ですか？

トランジスタの熱暴走は、すべての電子機器エンジニア、愛好家、およびトランジスタを扱う人なら誰でも理解すべき重要な現象です。トランジスタサプライヤーとして、サーキットの性能と信頼性に対する熱暴走の影響を直接目撃しました。このブログ投稿では、熱暴走が何であるか、その原因、効果、およびそれを防ぐ方法を掘り下げます。

熱暴走とは何ですか？

そのコアでは、熱暴走は自己加速プロセスであり、温度の上昇が温度のさらなる上昇につながり、トランジスタと回路全体に損傷を引き起こす可能性があります。これをよりよく理解するには、トランジスタの基本的な特性を調べる必要があります。 [Transistor]（/Power -Semiconductor -Device/Transistor/Transistor.html）の詳細については、トランジスタは、電子信号と電力を増幅または切り替えることができる半導体デバイスです。

トランジスタの動作は、その接合部を通る電流の流れにより熱を生成します。トランジスタで消散した電力は、コレクター-emitter電圧（$ v_ {ce} $）およびコレクター電流（$ i_ {c} $）、ie、$ p = v_ {ce} \ times i_ {c} $の積によって与えられます。この電力散逸により、トランジスタの温度が上昇します。

熱暴走の原因

1。コレクター電流の正の温度係数

トランジスタのコレクター電流には、温度係数が正常です。これは、トランジスタの温度が上昇すると、コレクター電流も増加することを意味します。コレクターの電流と温度の関係は非常に複雑になる可能性がありますが、一般に、温度の上昇により、より多くの電荷キャリアが伝導に利用できるようになり、コレクター電流が増加します。

数学的には、コレクター電流$ i_ {c} $は温度$ t $：$ i_ {c}（t）= i_ {c}（t_ {0}）\ timesの関数として表現できます。 e^{\ frac {e_ {g}} {k}（\ frac {1} {t_ {0}} - \ frac {1} {t}）} $、ここで、$ i_ {c}（t_ {0}）$は、コレクター電流である$ t_ {$ t_ {半導体材料、および$ k $はボルツマン定数です。

コレクターの電流が増加すると、電力散逸$ p = v_ {ce} \ times i_ {c} $も増加します。この電力散逸の増加により、トランジスタの温度がさらに上昇し、正のフィードバックループが作成されます。

2。熱散逸が悪い

トランジスタが適切に冷却されていない場合、操作中に発生する熱を効果的に消散することはできません。これは、トランジスタが小さなヒートシンクに取り付けられている場合、またはトランジスタの周りに空気が不十分な場合に発生する可能性があります。熱が逃げられない場合、トランジスタの温度は上昇し続け、コレクターの電流と電力散逸を増加させる問題を悪化させます。

3。高供給電圧

高い供給電圧は、熱暴走にも寄与する可能性があります。供給電圧が高い場合、コレクター-Emitter電圧$ V_ {CE} $も高くなります。電力散逸は$ v_ {ce} $に直接比例するため、供給電圧が高くなると、トランジスタでより多くの電力が消散され、温度が上昇し、潜在的に熱暴走がトリガーされます。

熱暴走の効果

1。トランジスタの障害

熱暴走の最も明らかな効果は、トランジスタの障害です。温度がトランジスタの最大定格温度を超えると、半導体材料が分解し始める可能性があります。これにより、トランジスタが短い回路またはオープン回路になり、役に立たなくなります。場合によっては、過度の熱により、トランジスタが物理的に溶けたり発火したりすることさえあります。

2。回路の誤動作

失敗したトランジスタは、回路全体を誤動作する可能性があります。トランジスタがアンプとして使用される場合、増幅係数が大幅に変化するか、出力信号が歪んでいる場合があります。トランジスタがスイッチとして使用されている場合、適切にオンまたはオフにすることができず、回路の動作が誤っています。

3。システムの信頼性を低下させました

熱暴走は、システムの全体的な信頼性も低下させる可能性があります。熱暴走のためにトランジスタが故障した場合、それを交換する必要がある場合があります。さらに、単一のトランジスタの障害により、回路内の他のコンポーネントが過剰なストレスになり、さらなる障害につながる可能性があります。

熱暴走の防止

1.適切な熱沈没

熱暴走を防ぐ最も効果的な方法の1つは、適切なヒートシンクを使用することです。ヒートシンクは、トランジスタから周囲の環境に熱を伝達する受動的なデバイスです。トランジスタの表面積を増やすことで機能し、より多くの熱を消散させることができます。ヒートシンクを選択するときは、トランジスタ、周囲温度、利用可能な気流の電力散逸を考慮することが重要です。

2。熱管理技術

ヒートシンクに加えて、他の熱管理技術を使用して、熱暴走を防ぐことができます。これらには、ファンを使用してトランジスタの周りのエアフローを増やし、サーマルパッドまたはグリースを使用してトランジスタとヒートシンク間の熱接触を改善し、回路レイアウトを設計してトランジスタの近くで発生した熱を最小限に抑えることが含まれます。

3。回路の設計上の考慮事項

適切な回路設計は、熱暴走を防ぐのにも役立ちます。たとえば、コレクター回路で電流を使用すると、コレクターの電流を制限し、電力散逸を減らすことができます。さらに、電圧レギュレータを使用して安定した供給電圧を確保すると、トランジスタが過度の電圧にさらされないようにします。

4。監視および保護回路

トランジスタの温度を監視し、保護回路を実装することは、熱暴走の防止にも効果的です。温度センサーを使用してトランジスタの温度を監視できます。温度が特定のしきい値を超えた場合、保護回路を作動させてコレクター電流を減らすか、トランジスタをオフにすることができます。

トランジスタサプライヤーとしての私たちの役割

トランジスタサプライヤーとして、熱暴走の傾向が低い高品質のトランジスタを提供することの重要性を理解しています。半導体材料と製造プロセスを慎重に選択して、トランジスタに安定した電気特性と良好な熱性能があることを確認します。

また、お客様に技術サポートも提供しています。当社の専門家チームは、アプリケーションに適したトランジスタを選択し、熱管理に関するアドバイスを提供し、熱暴走に耐性のある回路の設計を支援できます。

トランジスタの市場にいる場合は、調達の議論のためにお問い合わせください。詳細な製品情報、価格設定、および配送スケジュールを提供できます。あなたが小さな趣味プロジェクトであろうと大規模な産業用アプリケーションに取り組んでいるかどうかにかかわらず、私たちはあなたに合ったトランジスタを持っています。

参照

1. セドラ、アデルS.、ケネスC.スミス。 「マイクロエレクトロニック回路。」オックスフォード大学出版局、2015年。
2. ミルマン、ジェイコブ、クリストスC.ハルキアス。 「統合エレクトロニクス：アナログサーキットとデジタル回路とシステム。」 McGraw -Hill、1972。