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Thermal

Calculateur de sélection des dissipateurs thermiques

Calculez la résistance thermique requise du dissipateur thermique (θSA) pour maintenir la jonction d'un appareil en dessous de sa température maximale. Utilisez-le pour sélectionner le dissipateur thermique approprié.

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Formule

θSA=TJ(max)−TAPD−θJC−θCS\theta_{SA} = \frac{T_{J(max)} - T_A}{P_D} - \theta_{JC} - \theta_{CS}
θ_SA— Résistance thermique du dissipateur thermique requise (°C/W)
T_J(max)— 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 sélection du dissipateur thermique détermine la résistance thermique requise et recommande le dimensionnement du dissipateur thermique, essentiel pour la fiabilité de l'électronique de puissance, la gestion thermique des LED et la conception du refroidissement des CPU/GPU. Les ingénieurs thermiques, les concepteurs de circuits imprimés et les ingénieurs de produits l'utilisent pour s'assurer que les composants fonctionnent dans des limites de température sûres. Selon JEDEC JESD51-14, le processus de sélection implique : (1) calculer la dissipation de puissance Pd, (2) déterminer le maximum autorisé θJA à partir de Tj (max), Ta (max) et de la marge de conception, (3) soustraire θJC et θCS pour trouver le θSA requis, (4) sélectionner le dissipateur thermique répondant à l'exigence θSA. Les dissipateurs thermiques standard vont de θSA = 20 °C/W (petit clip, 15 × 15 × 10 mm) à θSA = 0,5 °C/W (grandes ailettes avec ventilateur, 100 × 100 × 50 mm). Un déclassement de 10 % de θSA tient compte des variations de fabrication et du vieillissement conformément aux directives de conception thermique.

Exemple Résolu

Sélectionnez le dissipateur thermique pour le pilote MOSFET dissipant 15 W dans le boîtier TO-247. Exigences : Tj (max) = 150 °C, Ta (max) = 55 °C, cible Tj = Tj (max) - 25 °C = 125 °C pour la marge de fiabilité. Extrait de la fiche technique du MOSFET : θJC = 0,4 °C/W (TO-247AC). Calculez le θJA requis : θJA (max) = (125 °C - 55 °C) /15 W = 4,67 °C/W. Avec le tampon thermique Bergquist Sil-Pad 2000 (θCS = 0,3 °C/W) : θSA (max) = 4,67 - 0,4 - 0,3 = 3,97 °C/W. Appliquez un déclassement de 10 % : θSA (design) = 3,97 × 0,9 = 3,57 °C/W. Sélectionnez Aavid 62700 (60 mm extrudé, θSA = 3,2 °C/W). Vérifiez avec de l'air pulsé : si le ventilateur fournit un débit d'air de 2 m/s, θSA chute à 1,2 °C/W, ce qui permet une dissipation de 40 W au même Tj, ce qui est utile en cas de surcharge.

Conseils Pratiques

  • ✓Utilisez les outils de sélection des dissipateurs thermiques en ligne (Aavid, Wakefield-Vette) : puissance d'entrée, Tj (max), Ta, type de boîtier ; l'outil recommande des produits compatibles avec des courbes θSA
  • ✓Pour les espaces restreints, pensez à des caloducs ou à des chambres à vapeur : atteignez θSA < 0,5 °C/W sur 5 mm de hauteur, ce qui permet d'obtenir des appareils mobiles au format compact
  • ✓Les pastilles thermiques simplifient l'assemblage par rapport à la graisse thermique, mais ont une valeur θC 2 à 3 fois plus élevée. Pour les applications critiques, utilisez de la graisse thermique distribuée avec une épaisseur de ligne de liaison contrôlée

Erreurs Fréquentes

  • ✗Ignorer les variations de température ambiante : la conception pour des conditions de laboratoire de 25 °C échoue dans des environnements industriels à 50 °C ; utilisez toujours le facteur Ta le plus défavorable selon les spécifications du produit
  • ✗Négliger la résistance thermique spécifique des composants : θJC varie de 10 fois entre les boîtiers (TO-220 : 1 °C/W contre SOIC-8 : 40 °C/W) ; vérifier à partir de la fiche technique de l'appareil
  • ✗Ne pas appliquer le facteur de déclassement : la norme θSA publiée suppose un montage et un débit d'air idéaux ; appliquez un déclassement de 10 à 20 % pour obtenir une marge réelle conformément à la norme MIL-HDBK-251

Foire Aux Questions

La résistance thermique θ (°C/W ou K/W) mesure l'opposition au flux de chaleur : Tj = Ta + Pd × θJA. Un θ plus faible signifie un meilleur refroidissement. Le trajet thermique entre la jonction et la température ambiante se compose de θJC (boîtier, 0,4-40 °C/W), θCS (interface, 0,1-1 °C/W) et θSA (dissipateur thermique, 0,5-20 °C/W). Ceux-ci s'ajoutent en série : θJA = θJC + θCS + θSA.
La norme θSA publiée suppose : une pression de montage optimale (50 à 100 psi), une interface thermique propre, un débit d'air spécifié et une orientation verticale. Les installations réelles présentent des variantes : vis desserrées (+10 % θSA), accumulation de poussière (+5-15 %), montage horizontal (+20-30 % pour la convection naturelle). Le déclassement de 10 % fournit une marge minimale ; utilisez 20 à 30 % pour les environnements difficiles conformément à la norme IPC-9592B.
Lorsque la convection naturelle ne peut pas atteindre la valeur θSA requise, généralement supérieure à 5 à 10 W par appareil. L'air forcé à 2-3 m/s améliore θSA de 3 à 5 fois pour les dissipateurs thermiques à ailettes. Taille du ventilateur : 1 CFM pour 5 à 10 W de dissipation totale dans le boîtier. Pour des densités de puissance supérieures à 10 W/cm², le refroidissement liquide offre des performances 10 fois supérieures à celles de l'air. Compromis financier : dissipateur thermique plus grand (5 à 20$) contre ventilateur (3 à 10$) + dissipateur thermique plus petit.
Règle générale pour les extrusions d'aluminium par convection naturelle : θSA ≈ 50/√ (area_cm²). Pour θSA = 5 °C/W : surface = (50/5) ² = 100 cm² = empreinte de 10 × 10 cm. Ajoutez des ailerons pour doubler la surface efficace sur la même surface. L'air forcé permet d'obtenir un dissipateur thermique 3 à 5 fois plus petit pour le même θSA. Un dimensionnement précis nécessite des courbes thermiques du fabricant ou une simulation CFD.

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