什么是二極管的耗散功率

　　二極管是電子設計中最常見的器件之一。根據應用的場合，工程師們更關注二極管的類型、正向電流、反向耐壓和開關時間等。相對來說，耗散功率(Power Dissipation)也是同等重要。

　　眾所周知，二極管具有單線導電性。根據半導體材料，分為硅二極管和鍺二極管;據應用場合，分為整流二極管、檢波二極管、開關二極管和穩壓二極管。

　　圖1 常見二極管

　　對于一些場合，比如電源整流，需要考慮耗散功率問題。耗散功率的定義：某一時刻電網元件或者全網有功輸入總功率與有功輸出總功率的差值。在線性條件下，導通的耗散功率計算比較簡單，PD=I2R,或者PD=U2/R。在開關狀態下，計算相對比較復雜。

　　二極管的耗散功率與允許的節溫有關，硅二極管允許的最大節溫是150℃，而鍺允許最大節溫85℃。半導體工作溫度是有限的，當實際的功率增大是，其節溫也將變大，當節溫達到150℃是，此時的功率就是最大的耗散功率。當然，耗散功率與封裝大小也有一定的關系，通常封裝大點的器件，其最大耗散功率也相對大點，最常見的就是大功率器件擁有大體積，大面積的散熱金屬面。

　　一個具體型號的二極管其耗散功率與測試條件有關，比如測試環境溫度和散熱條件。通常情況下，測試出來的最大耗散功率是在25℃下。隨著環境溫度的升高，其最大的耗散功率將減少，因為該條件下的導熱溫差變小，比如說在25℃下，某二極管耗散功率能達到1W，在75℃情況下，耗散功率可能變成0.4W。允許最大耗散功率與散熱條件有關，散熱條件越好，耗散功率越高，在同一環境溫度下，耗散功率為1W，加了散熱片之后，耗散功率可能變為1.7W。

　　表征散熱措施的一個參數是熱阻。熱阻反映阻止熱量傳遞能力的綜合參量。熱阻跟電子學里的電阻類似，都是反映“阻止能力”大小的參考量。熱阻越小，傳熱能力越強;反之，熱阻越大，傳熱能力越小。從類比的角度來看，熱量相當于電流，溫差相當于電壓，熱阻相當于電阻。其中，熱阻Rja：芯片的熱源結到周圍冷卻空氣的總熱阻，其單位是℃/W，表示在1W下，導熱兩端的溫差。

　　以1N4448HWS為例，查看其手機手冊，可知其熱特性如下：

　　圖2 熱特性參數

　　從中可知，其耗散功率PD=200mW，熱阻為625℃/W，其中這兩個量是環境溫度25℃，焊在FR-4材質 PCB條件下測試的，如手冊說明Part mounted on FR-4 PC board with recommended layout 。

　　耗散功率與環境溫度有關，溫度越大，耗散功率越小，1N4448HWS耗散功率與環境溫度關系如下：

　　圖3 耗散功率與環境溫度關系

　　在設計過程中，人們更關注器件工作時的溫度，以確保在安全的工作范圍。以1N4448HWS為例，在環境溫度為25℃情況下，實際功率為100mW時，其溫度為25+625*0.1=87.5℃，其能正常工作;當實際功率為200mW時，其溫度為25+625*0.2=150℃，這時候已經達到節溫的最大溫度了，比較危險，應當避免。

　　二極管的傳熱方面，主要考慮PD和熱阻Rja，前者是最大耗散功率，實際工作不能超過這個數值，后者是傳熱阻力參量，放映不同二極管的傳熱能力。在使用二極管時，不但要考慮正向電流、反向耐壓和開關時間，還要多考慮耗散功率。