熱抵抗

以下に、熱抵抗R_θJCの概念図を示します。温度の規定位置は、パッケージや製品で異なります。

ここで、
T_J：接合部温度
T_C：ケース温度
R_θJC：接合部とケース間の熱抵抗

ケース温度から計算する方法

パワーMOSFET／IGBTが動作しているときの損失とケース温度T_Cの実測値と、データシートの電気的特性に記載されている熱抵抗R_θJCから接合部温度T_Jを推定します。T_Jは以下の式で計算できます。

ここで、
P：パワーMOSFET／IGBTの損失（W）
R_θJC：接合部とケース間の熱抵抗（°C/W）
T_C：ケース温度（°C）

例として、P = 0.6 W、R_θJC = 20 °C/W、T_C = 80 °Cの場合、T_Jは以下の式で計算できます。

過渡熱抵抗特性から計算する方法

瞬間的に電力印加した際のT_Jは、過渡熱抵抗データから推定します。T_Jは以下の式で計算できます。

ここで、
P：パワーMOSFET／IGBTの損失（W）
r_θJC：接合部とケース間の過渡熱抵抗（°C/W）
T_C：ケース温度（°C）

以下に、過渡熱抵抗特性例を示します。例えば単発の矩形波100 msを印加した場合、r_θJCは2 °C/Wと読み取れます。

例えばP = 0.6 W、r_θJC = 2 °C/W、T_C = 100 °Cの場合、T_Jは以下の式で計算できます。

重ね合わせの理を使用した計算方法

規則的な方形波の電力損失がパワーMOSFET／IGBTに生じた場合と、不規則な方形波の電力損失がパワーMOSFET／IGBTに生じた場合の接合部温度T_Jの算出方法を示します。このような電力損失波形の場合、各期間の熱抵抗をデータシートの過渡熱抵抗特性グラフから読み取り、重ね合わせの理を使用した算出方法が、容易で有効です。

連続パルス

（A）に示すように、規則的な方形波の電力損失がパワーMOSFET／IGBTに生じた場合の接合部温度T_Jの算出方法を示します。全期間の平均電力損失に、2周期分の電力損失が発生したとする計算方法が容易です。
（B）と（C）に示すように、電力損失を近似し、重ね合わせの理を使用することでT_Jを算出します。

次に、（C）のブロックごとに、接合部温度を算出します。

よって、重ね合わせの理を使用した場合のT_Jは以下の式で計算できます。

ここで、
T_C：ケース温度（°C）
P_M：平均電力損失（W）
t₁：周期（s）
t_P：パルス幅（s）
R_θJC：全期間の接合部とケース温度間の熱抵抗（°C/W）
r_θJC(t1+tP)：t₁+t_P期間の接合部とケース温度間の熱抵抗（°C/W）
r_θJC(t1)：t₁期間の接合部とケース温度間の熱抵抗（°C/W）
r_θJC(tP)：t_P期間の接合部とケース温度間の熱抵抗（°C/W）

不規則パルス

（A）に示すように、不規則な方形波の電力損失がパワーMOSFET／IGBTに生じた場合の接合部温度T_Jの算出方法を示します。（B）に示すように、重ね合わせの理を使用し、ブロックごとの接合部温度T_Jを算出します。

よって、重ね合わせの理を使用した場合のT_Jは以下の式で計算できます。

ここで、
T_C：ケース温度（°C）
P₁～P₃：各パルスの電力損失（W）
r_{θJC(t6−t1)}：t₆−t₁ 期間の接合部とケース温度間の熱抵抗（°C/W）
r_{θJC(t6−t2)}：t₆−t₂ 期間の接合部とケース温度間の熱抵抗（°C/W）
r_{θJC(t6−t3)}：t₆−t₃ 期間の接合部とケース温度間の熱抵抗（°C/W）
r_{θJC(t6−t4)}：t₆−t₄ 期間の接合部とケース温度間の熱抵抗（°C/W）
r_{θJC(t6−t5)}：t₆−t₅ 期間の接合部とケース温度間の熱抵抗（°C/W）