小功率器件工作时，究竟会发多少热？

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这题目也是偶然得到的。手头正在做一个微电流仪的电源，调试时忽然就想到了，干吗不测测器件的温度呢？心里还真没底呢。

这是电源的电路图。


这是电路板的布局，5X7cm。主要元件都标在上面了。


开始测试前，先热机30分钟。
测试开始时的环境温度，暗了些，26.7摄氏度。测试表用的是VC86B，探头为K型。


5W变压器，探头插入变压器铁芯与绕组的空隙之中：
测试开始时的表面温度为36.2摄氏度。


开机一小时后的表面温度为38摄氏度。


开机六小时后的表面温度为38.6摄氏度。

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D102基准管2DW232的表面温度为36摄氏度：

真没想到有这么高的温升，手指摸上去有温热感，表面温升约10摄氏度，其实功耗才30mW。

电源分压管OA101（5G26）的表面温度是39.9摄氏度：

有这么高嘛？

基准升压管OA102（5G26）表面温度33.5摄氏度：

温度比OA101低些，用了一个上拉电阻R114，负载减轻了。

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电源分压的下扩流管BG102的表面温度是41.3摄氏度：

按设计的电路原理，BG102此时承担的主要是基准管D102流过的电流，而BG101这时候没有电流通过，所以可以不测BG101。

电源的分压通过OA101驱动BG101和BG102输出产生虚地。由于BG101和BG102是基极直接连接的，所以任一时刻只有一个管子导通，测量导通管的温度即可。

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发光管的表面温度是32.2摄氏度：


由于测量时R106用的是750欧，使用的发光管组是三个5mm食人鱼串联再串一个91 欧电阻，故通过电流达15.33mA，达到这类发光管的极限。当后来将91欧电阻改用560欧电阻，表面温度也有31摄氏度，此时电流为9.85mA。

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电压调整器VR101和VR102：

VR101表面温度为46.3摄氏度：


VR102表面温度为50.8摄氏度：

这个蛮奇怪的，温度比正压调整器高了好几度。此时VR101输出电压为11.970V，VR102输出电压为-11.886V。压降分别为3.83V和3.914V。

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小结：

１）变压器为5W单24V输出，次级直流内阻将近8欧。六小时后的表面温升与一小时后的表面温升持平，平均温升约12摄氏度，开放环境。封闭后温度会继续上升，待完成后再行测试。比较起来，变压器的温升并不算十分明显。这是因原来使用的1W变压器内阻太大而无法达到设计的输入电压时再去购买的。现在看来工作不错，温升稳定，值得信任。

２）基准管2DW232的通过电流是5mA，功耗是30.88mW，表面温升约10摄氏度。原来主观想象在30mW下不会有这么高的温度，现在必须得正视这一现实了。按Datasheet要求，环境温度50摄氏度时开始降额，因而可以认为在环境温度50摄氏度时的满功率结温是datasheet规定的175摄氏度。按照得到的每30mW温升10摄氏度的结果，满功率时的表面温升约为67摄氏度，反推测量时的管芯温升应为26.25摄氏度，管芯温度为26.7+26.25=52.95摄氏度，热阻为26.25/0.03=875度/W=0.875度/mW。

３）国产集成运放5G26还是可以用用的，手头的都是功耗超标而作为等外品的产品。静态工作电流实测约3mA，静态功耗为72mW，按2DW232的经验，表面温度达到将近40度也不奇怪了。作为电源分压管的OA101在开放环境下温升约14摄氏度，作为基准升压管的OA102在开放环境下的温升约7摄氏度。这两个运放的总体表现还过得去，温度稳定后的输出相当平稳。早期工艺的管芯温度限制在150摄氏度，这类封装的允许功耗最大在250mW左右，从环境温度50摄氏度开始降额。满功率与静态功耗之比是250/72=3.47，则满功率时的表面温升是14X3.47=48.6摄氏度，表面温度是48.6+26.7=75.3摄氏度，反推测量时的管芯温升应为21.7摄氏度，管芯温度为21.7+26.7=48.4摄氏度，热阻为21.7/0.072=301.39度/W=0.3度/mW。

４）作为电源分压的下扩流管BG102的9012，表面温度为41.3摄氏度，温升约为15摄氏度，压降为15.8V左右，功耗在80mW上下。测试时因尚不存在正负5mA左右的测量部负载，所以由基准管产生的正负载电流必须全部通过负扩流管BG102。预计正常工作后，正负电源的平衡使BG101与BG102的功耗都不会超过30mW。这类管子的功耗设计可以采用经验公式，即Pc<=1/3Po。

５）发光管的表面温度是32.2摄氏度，温升也有将近6摄氏度了，不过这是极限情况，通常可以避免；对于食人鱼一类品牌的小功率管子，由此得到比较安全的工作电流须低于10mA，功耗约35mW左右。

６）电压调整器VR101与VR102的行为有些不同，VR102比VR101的温升要高4摄氏度左右。考察电路，VR102中并未通过比VR101更大的电流，基准管消耗的5mA电流产生的不平衡也是通过BG102来消化掉的，因而VR102的行为确实显得有些奇怪。如果没有其它的原因，50.8摄氏度的表面温度，就只有它的质量可以解释了。这两个器件的参数表现还不错，都是WS产品，8mA~23mA区间的负载调整率约0.025%，表面温度变化时的输出电压变化比率与Datasheet参数相当，稍低于-1mV每摄氏度。其中VR101（WS78L12）在保持输出不变的情况下，压降可以低达1.5V，VR102则是1.7V，从这里也可看出所谓WS产品很菜的说法也是需要考察的。一般地，78L与79L系列用于小功率场合，工作压降位于[1.8V, 3V]区间内和负载电流不大于30mA，负载调整率、温升、功耗都在比较满意的范围之内。

求知无足

有了这些实测数据，就可以使自制设备更加安全可靠地工作了。

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有了这些实测数据，就可以使自制设备更加安全可靠地工作了。
求知无足 发表于 2011-6-3 16:39

不光如此。我的目的是要找到温度变化与参数变化之间的一般联系，以便利用这种关系来解决影响最大的参数问题。不过这种问题感兴趣的人很少，所以只是用来给自己留个记录，而已。

880688307

我的方法
先开机 看看有没有烟花~~~
如果没有 看看有没有发热异常
小功率放到茶叶罐盒子里 放入温度头 开机看看总体温度 1H 5H 12H有没有过热~~
大功率就要现场观察了~~~

millwood

thermal resistance for a typical to92 device is usually 100 - 200c/w. so at 30mw power dissipation, you are talking about temperature rise of 3 - 6c.

苏-27

这问题不能一概而论，比较常见的宽带猫，应该不算大功率，集成块温度约七八十度，影碟机卫星接收机也是如此

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我的方法
先开机 看看有没有烟花~~~
如果没有 看看有没有发热异常
小功率放到茶叶罐盒子里 放入温度头  ...
880688307 发表于 2011-6-3 18:02

您这种方式是测量密闭环境内的环境温度，与单个器件的表面温度测量意义不同。这种情况下单个器件的温升是模糊的，由此产生的温度场是不明晰的，因而对温度影响的分析帮助不大。

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thermal resistance for a typical to92 device is usually 100 - 200c/w. so at 30mw power dissipation,  ...
millwood 发表于 2011-6-3 18:59

一般情况的确如此，但是实际测量中的区别很大，例如我的实例中，同样是TO92封装，VR101功耗约54mW，表面温度41点几度，而VR102功耗约39mW，表面温度却有50.8度，显然这不能用TO92的额定耗散能力来解释了。

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这问题不能一概而论，比较常见的宽带猫，应该不算大功率，集成块温度约七八十度，影碟机卫星接收机也是如此
苏-27 发表于 2011-6-3 19:05

这类设备的设计通常将器件的能力运用到极限，所以才有这样高的温度。坦白地说，这样的热设计是失败的。

880688307

LS 热阻对一个典型的to92装置通常100 -所以在30mw 200c / w功耗,你正在谈论气温升高3 - 6摄氏度。
这是模拟在机壳内的效果This is within the cabinet simulation in effect
当然还要计算一下热耗散有没有超标
Of course also calculate the heat dissipation ever exceeds bid