電子元件工作溫度範圍（Operating Temperature Range）的正確理解

引言

本文探討電子元件規格書中工作溫度範圍（Operating Temperature Range）的定義，說明其通常指元件操作過程中可承受的環境溫度，並非包含自發熱溫升，除非規格書另有說明。文中以電感器、晶片磁珠和共模扼流圈為例，說明不同元件規格書中工作溫度範圍的差異及注意事項，並列出不同應用領域（商用、工業、車用、軍用等）對應的溫度範圍。文章強調查閱規格書時需注意降額定曲線等資訊，以正確理解元件的溫度承受能力。

什麼是電子元件的工作溫度範圍？

在規格中，工作溫度範圍通常以「Operating temperature range」、「Operating free-air temperature range」和「Operating ambient temperature range」等術語來表示。後兩者的定義一般不會引起太多爭議。然而，對於「Operating temperature range」這一術語，可能會存在不同的解讀。

工作溫度範圍（Operating Temperature Range）指的是元件在特定條件（如額定電流、額定電壓等）下所能承受的環境溫度範圍。在大多數情況下，工作溫度範圍並不包括自發熱效應，除非元件規格另有說明。此處所指的環境溫度，是指元件周圍幾公分範圍內的溫度，該距離依據元件製造商的定義來確定。通常，資料手冊中不會詳細說明環境溫度的測量位置。文獻[1]指出了不同位置測量環境溫度的重要性。

常見的溫度範圍有哪些？

不同應用領域（例如商業、工業、軍用等）對應的環境溫度範圍各不相同[2]，這些範圍代表了設備或元件在不同環境條件下能夠正常運行的溫度限制：

• 商用（Commercial）：0°C 到 +70°C
• 高溫商用（Hi-Temperature Commercial）：-10°C 到 +100°C
• 擴展商用（Extended Commercial）：-20°C 到 +85°C
• 工業用（Industrial）：-40°C 到 +85°C
• 車用（Automotive）：-40°C 到 +105°C
• 全範圍工業用（Full-Range Industrial）：-40°C 到 +125°C
• 電源（Power Supply）：-40°C 到 +130°C
• 軍用（Military）：-55°C 到 +125°C

這些溫度範圍是根據不同應用需求而設定的，反映了電子元件在各類環境中的適應性與耐受性。

電子元件的工作溫度範圍解析

電感器

對於電感器，其工作溫度範圍通常已經考慮了元件的自發熱特性。以 TDK 的 RLF 系列表貼式電感為例，其規格書中明確指出，工作溫度範圍已包括自發熱影響。因此，該系列電感在使用時要求環境溫度不得超過 85°C。

圖 1：TDK RLF 系列表貼式電感操作溫度範圍已包含自發熱因素。來源：TDK

相比之下，Murata 的表貼式電感 LQH5BPB100MT0# 對於包含和不包含自發熱的工作溫度範圍進行了更加明確的規範。從規格表可以知道，基於元件的溫升，在環境溫度 85°C 下，電感的額定電流為最大 1.6A；在 125°C 下，進一步限縮至最大 0.87A。

圖 2：Murata LQH5BPB100MT0# 電感的工作溫度範圍規範 來源：Murata

晶片磁珠

在查閱規格書時，需格外注意有無額外描述和降額定（derating）曲線的相關說明。例如，Murata 的 BLM*******BH/JH 晶片磁珠雖標示工作溫度範圍為 -55°C 至 150°C，但其降載曲線顯示，當溫度超過 125°C 時，允許的額定電流開始逐步下降。因此，在評估元件承受溫度的能力時，需綜合考慮降額定曲線提供的數據。

圖 3：Murata LQH5BPB100MT0# 電感的工作溫度範圍規範 [3]

共模扼流圈

共模扼流圈的操作溫度受銅損與磁芯損耗所引起的溫升限制。換言之，在特定工作溫度範圍內，銅損與磁芯損耗導致的溫升不應使磁芯達到飽和狀態。

以DLW32MH101XT2# [4] 作為訊號線共模雜訊濾波的共模扼流圈，其產品規格書中標明的工作溫度範圍（operating temperature range）並未包含自發熱因素。

圖4：DLW32MH101XT2#的規格 來源：Murata

另外，我向風華高（FENGHUA）諮詢了共模扼流圈 CMC1206S-601T 規格書中「操作溫度範圍（Operating Temperature Range, -40 °C ~ 85 °C）」的具體定義。根據風華高的回覆，「85 °C指的是環境溫度。在通電狀態下，產品的實際溫度會增加20 °C，因此產品表面溫度不得超過105 °C。」

總結

本文主要探討電子元件的工作溫度範圍（Operating Temperature Range），說明該範圍指的是元件在操作過程中能夠承受的環境溫度範圍，通常不包括因自發熱而引起的溫升。不同類型的元件（如電感器、晶片磁珠和共模扼流圈）在規格書中對工作溫度範圍的定義有所不同，有些會考慮自發熱效應。文章也介紹了不同應用領域對應的溫度範圍，並強調在查閱規格書時需特別注意相關的降額定曲線與其他描述。

參考資料

[1] Case Temperature vs. Ambient Temperature

[2] Temperature Ranges, Renesas

[3] Introducing high temperature guaranteed chip ferrite beads for automotive devices, Murata

[4] DLW32MH101XT2#, Murata