一、什么是熱設計
我們在電路設計用到的芯片如LDO、獨立器件如MOS管、甚至被動元件阻容感都可能會有發熱的情況，在發熱量不大的情況下，對整體電路產生的影響微乎其微，但當發熱量過大時，可能會導致電路性能下降甚至直接損壞器件。
因此在設計電路時，我們需要考慮到熱設計。熱設計包括計算器件的結溫是否會超出極限范圍、當器件發熱量較高時，也要考慮為器件提供散熱通道等。
二、什么是結溫、熱阻
1. 結溫
結溫-Junction Temperature，指內部核心晶體管的溫度，這個溫度有個最高允許值叫最高結溫TJ，如果在實際應用中結溫超過了最高允許結溫，可能導致芯片損壞。
查閱常見芯片的數據手冊可以得知，一般IC的最高結溫在70℃，工業級IC可能在85℃，車規級IC的最高結溫在125℃，甚至有些在150℃。
圖1 某電源芯片極限工況
2. 熱阻
熱阻（thermal resistance）是一個和熱有關的性質，是指在有溫度差的情形下，物體抵抗傳熱的能力，單位是℃/W，意為單位功率下的溫升。在數據手冊中的熱阻分不同種類，是按照一定的標準測試出的結果，具體如下：
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RθJA — Junction-to-ambient thermal resistance，指結到外部環境的熱阻(此外部環境在測試中不受器件自身發熱影響，在實際應用中會影響，所以RθJA只用來粗略估算)，可以用來快速估算結溫。
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RθJC(top) — Junction-to-case (top)thermal resistance，指結到封裝上表面的熱阻，測試時其他方向不散熱，只有上表面散熱。
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RθJC(buttom) — Junction-to-case (top)thermal resistance，指結到封裝下表面的熱阻，測試時其他方向不散熱，只有下表面散熱。
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φJT — Junction-to-top characterization parameter，指結到封裝上表面中心點的熱阻，可以用來較為準確地計算結溫。
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φJB — Junction-to-board characterization parameter，指結到電路板的熱阻。
熱阻參數有這么多種，而我們在一般的電路設計時更關注的是能用來快速估算的RθJA 和能用來準確計算的φJT 。
某電源芯片數據手冊查詢結果如下：
圖2 某電源芯片熱阻參數
三、如何進行熱設計
1. 用RθJA估算
一般的電路外部環境都是空氣，因此只要知道外部氣溫，可以很方便的估算內核溫度。計算方法如下：
TJ=TA+( RθJA × P ) ，其中P指的是器件消耗的功率，例如一個二極管通過了1安的電流，其在1安時的壓降為0.7V，那么其消耗的功率為1*0.7=0.7W；TA指外部環境溫度，即工作時器件附近的空氣溫度，假設此二極管工作在30℃的戶外；若其數據手冊的熱阻參數為RθJA=30℃/W，那么其結溫 TJ=TA+( RθJA × P ) =30+（30*0.7）=51℃，若其允許最高結溫為125℃，那么完全滿足要求。
但需要明確的是，RθJA的環境溫度在測試中是不會受自身發熱影響的，但實際應用中如果工作在空氣對流不好的條件下，器件自身發熱也會導致外部空氣溫升，此時還按照30℃的外部環境溫度來估算的結果就不準確了，如果上面的二極管例子中，其最高允許結溫為70℃，理論計算出是51℃，那么19℃的裕度能否包含計算誤差呢？其實是很危險的，因此要根據實際工況預留相應大小的裕度。
2. 用φJT計算
φJT 的計算方法與RθJA類似，不同的是，φJT需要在電路設計好后去實測器件封裝表面中心點的溫度。計算方法如下：
TJ=TT+( φJT × P ) ，TT指實測封裝表面中心點溫度，φJT一般比較小，而RθJA一般比較大，因此相同消耗功率下，即使φJT有誤差，用φJT計算出來的結果誤差也會比較小。
3. 用RθJC計算
有些器件的數據手冊沒有給出RθJA或φJT的值，只給了RθJC的值，因此只能用RθJC來計算結溫，其計算方法與φJT一樣，實測封裝表面平均溫度，然后用如下公式計算：
TJ=TC+( RθJC × P ) ，TC指封裝表面平均溫度，用作粗淺的估算。
4. 測溫方法
上述兩種計算方法都提到了要測器件表面的溫度，如何能準確測得芯片實際溫度呢？推薦用熱電偶來測溫度，如果沒有這個條件，在一般的應用電路中，也可以用測溫槍代替。
5. 總結
具體計算方法要根據現有參數和需求選擇，一般可以先用RθJA估算，然后電路板做好后再φJT用實測計算更為準確，若參數不全，也可以用RθJC來代替估算。