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Thermal

Calculateur de dissipateur thermique

Calculez la résistance thermique et la température de jonction requises pour les appareils électriques

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Formule

θSA=(TJmax−TA)/PD−θJC−θCSθ_SA = (T_Jmax - T_A) / P_D - θ_JC - θ_CS

Référence: JEDEC JESD51 thermal measurement standard

θ_SA— Résistance du dissipateur thermique à la température ambiante (°C/W)
T_Jmax— Température de jonction maximale (°C)
T_A— Température ambiante (°C)
P_D— Dissipation de puissance (W)
θ_JC— Résistance thermique de la jonction au boîtier (°C/W)
θ_CS— Résistance thermique du boîtier au dissipateur thermique (°C/W)

Comment ça marche

Le calculateur de résistance thermique du dissipateur thermique calcule les exigences θSA pour un fonctionnement en toute sécurité de la température de jonction, ce qui est essentiel pour la conception de l'alimentation, les moteurs et la gestion thermique des amplificateurs haute puissance. Les ingénieurs thermiques, les concepteurs d'électronique de puissance et les ingénieurs en fiabilité des produits l'utilisent pour dimensionner les dissipateurs thermiques et vérifier les marges thermiques. Selon JEDEC JESD51-12, la résistance thermique totale θJA = θJC + θCS + θSA, où θJC est spécifiée par le fabricant de semi-conducteurs (TO-220 : 1-2 °C/W, D²PAK : 0,5-1 °C/W par JEDEC), θCS dépend du matériau d'interface (graisse thermique : 0,1 °C/W, contact sec : 0,5 °C/W, coussin thermique : 0,2-0,5 °C/W), et θSA est la performance du dissipateur thermique. Les dissipateurs thermiques à convection naturelle atteignent θSA = 3 à 20 °C/W selon la taille ; l'air forcé à 2 m/s améliore θSA de 3 à 5 fois par donnée d'application AAVID.

Exemple Résolu

Sélectionnez le dissipateur thermique pour le régulateur LM7805 convertissant 12 V en 5 V à une charge de 1 A. Dissipation de puissance : Pd = (12 V - 5 V) x 1 A = 7 W. Extrait de la fiche technique du LM7805 : θJC = 4 °C/W (TO-220), Tj (max) = 125 °C. Objectif de conception : Tj = 100 °C à Ta = 50 °C (environnement industriel). Total requis θJA : θJA = (Tj - Ta) /Pd = (100 - 50) /7 = 7,14 °C/W. Avec pâte thermique θCS = 0,2 °C/W : θSA (max) = 7,14 - 4 - 0,2 = 2,94 °C/W. Sélectionnez Aavid 531202B02500G (θSA = 2,5 °C/W, 50 mm × 50 mm × 25 mm). Vérifier : Tj = 50 + 7× (4 + 0,2 + 2,5) = 50 + 46,9 = 96,9 °C — dans les limites de la cible de 100 °C avec une marge de 3 °C. Pour les applications extérieures (Ta = 70 °C), optez pour un dissipateur thermique plus grand ou ajoutez un ventilateur.

Conseils Pratiques

  • ✓Pour une convection naturelle, laissez un espace minimum de 10 mm autour des ailettes du dissipateur thermique : le flux d'air bloqué augmente la θSA de 50 à 100 % conformément aux directives de conception thermique
  • ✓Les dissipateurs thermiques anodisés noirs ont une valeur θSA inférieure de 10 à 15 % à celle de l'aluminium nu en raison de l'amélioration du rayonnement, ce qui n'est significatif qu'à ΔT > 40 °C au-dessus de la température ambiante
  • ✓L'air forcé à 2 m/s réduit généralement θSA de 3 à 5 fois ; consultez les courbes du fabricant pour connaître les dissipateurs thermiques spécifiques. Sélection du ventilateur : 1 CFM par 5 W pour les petits boîtiers conformément au manuel thermique AAVID

Erreurs Fréquentes

  • ✗Utilisation du dissipateur thermique θSA sans tenir compte de l'orientation de montage : les ailettes verticales à convection naturelle ont une valeur θSA inférieure de 20 à 30 % à celle des ailettes horizontales ; les spécifications du fabricant supposent une orientation optimale
  • ✗Ignorer la résistance de l'interface thermique — omettre θCS = 0,5 °C/W (contact sec) sous-estime Tj de 3 à 5 °C à des niveaux de puissance typiques ; utilisez toujours un composé thermique
  • ✗En supposant une mise à l'échelle linéaire avec la puissance : à une densité de puissance élevée (>1 W/cm²), la surface du dissipateur thermique devient thermiquement saturée ; utilisez la simulation CFD ou réduisez la valeur θSA publiée de 20 à 30 %

Foire Aux Questions

La résistance thermique θ (°C/W) est analogue à la résistance électrique : ΔT = θ × P (à comparer à V = R × I). Il quantifie l'augmentation de température par watt de puissance dissipée. Un θ plus faible signifie un meilleur transfert de chaleur. Valeurs typiques : TO-220 θJC = 1-2 °C/W, graisse thermique θCS = 0,1-0,2 °C/W, petit dissipateur thermique à clipser θSA = 10-20 °C/W, grand dissipateur thermique extrudé θSA = 1-3 °C/W.
θJC est fixé par la conception du boîtier et ne peut pas être amélioré par l'utilisateur. Il représente le goulot d'étranglement thermique fondamental. Les boîtiers d'alimentation (D²PAK, TO-247) atteignent θJC < 1 °C/W ; les boîtiers à montage en surface (SOIC, QFP) ont une valeur θJC = 20-100 °C/W. Pour les applications à haute puissance, le choix du boîtier est essentiel : un appareil de 10 W en SOIC-8 (θJC = 40 °C/W) augmente de 400 °C avant même d'atteindre le boîtier.
La température ambiante Ta définit la base de référence : toutes les hausses de température s'ajoutent à Ta. Les dessins industriels utilisent Ta = 50-70 °C ; les appareils électroniques grand public utilisent Ta = 35-45 °C. Pour augmenter Ta de 25 °C à 50 °C, il faut soit réduire la dissipation de puissance de 25 °C/θJA watts, soit améliorer θJA proportionnellement. Concevez toujours pour les conditions ambiantes les plus défavorables, conformément aux directives de fiabilité IPC-9592B.
θJC : fixe par boîtier (sélectionnez un boîtier à θJC inférieur, comme D²PAK au lieu de TO-220). θCS : utilisez de la graisse thermique (0,1 °C/W) au lieu d'un contact sec (0,5 °C/W), ou utilisez un matériau à changement de phase (0,05 °C/W). θSA : surface du dissipateur thermique plus grande, plus d'ailettes, air forcé (amélioration 3 à 5 fois) ou refroidissement liquide (amélioration 10 fois). L'ensemble du système θJA peut être réduit de 50 °C/W (sans dissipateur thermique) à <2 °C/W (refroidissement liquide optimisé).
À court terme : augmentation du Rds (activé) pour les MOSFET (1,5 à 2 fois à Tj (max)), réduction du HFE pour les BJT, arrêt thermique potentiel (fonction de protection dans de nombreux circuits intégrés). À long terme : usure accélérée selon le modèle Arrhenius : chaque 10 °C au-dessus de l'objectif de conception réduit de moitié la durée de vie prévue. Selon le JEDEC JEP122H, un fonctionnement à Tj (max) en continu permet d'obtenir un MTTF de 1 000 à 10 000 heures ; un fonctionnement à Tj (max) à 50 °C permet d'atteindre un MTTF de plus de 100 000 heures.

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