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ヒートシンクカリキュレータ

パワーデバイスに必要なヒートシンクの熱抵抗と接合温度の計算

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公式

θ_SA = (T_Jmax - T_A) / P_D - θ_JC - θ_CS

参考: JEDEC JESD51 thermal measurement standard

θ_SA — Heatsink-to-ambient thermal resistance (°C/W)
T_Jmax — Maximum junction temperature (°C)
T_A — Ambient temperature (°C)
P_D — Power dissipation (W)
θ_JC — Junction-to-case thermal resistance (°C/W)
θ_CS — Case-to-heatsink thermal resistance (°C/W)

仕組み

熱抵抗は電子熱管理における重要なパラメータであり、消費電力の単位あたりの温度差を表します。半導体デバイスでは、熱抵抗は通常 °C/W で表され、ジャンクションとケース (θ _JC)、ケースとシンク (θ _CS)、シンクと環境 (θ _SA) という異なる熱界面間の熱伝達を表します。これらのパラメータを理解することは、熱暴走を防ぎ、パワーエレクトロニクス部品の信頼性の高い動作を保証するために不可欠です。熱抵抗ネットワークにより、エンジニアは最大接合温度を計算し、デバイスが指定された温度制限内で安全に動作できるかどうかを検証できます。主な要因には、消費電力 (P_D)、周囲温度、放熱部品の熱特性などがあります。

計算例

例えば、θ _JC = 1.5°C/W、θ _CS = 0.5°C/W、最大接合温度 (T_J (max)) = 150°C、周囲温度 (T_A) = 25°C という仕様のパワートランジスタを考えてみましょう。デバイスの消費電力が 10W であれば、必要な合計熱抵抗を計算できます。総熱抵抗 (θ _JA) = (T_J (max)-T_A) /P_D = (150°C-25°C) /10W = 12.5°C/W。既知の熱抵抗 (θ _JC + θ _CS = 2°C/W) を引くと、必要なシンクから周囲への熱抵抗 (θ _SA) は10.5°C/Wになります。この計算は、適切な熱を選択するのに役立ちます安全な接合部温度を維持するためのシンク設計。

実践的なヒント

  • ✓必ずサーマルペースト/パッド抵抗を計算に含めてください
  • ✓正確な予測を行うには、メーカーの熱ディレーティング曲線を使用してください
  • ✓放熱性を向上させるために強制対流を検討してください

よくある間違い

  • ✗サーマル・インターフェース・マテリアルの抵抗を無視
  • ✗すべての電力レベルで線形熱性能を想定
  • ✗ヒートシンクの性能に対する気流と対流の影響を無視する

よくある質問

熱抵抗は、材料の熱伝達を妨げる能力を測定します。電子機器では、さまざまな熱インターフェースで消費される電力の単位あたりの温度上昇を定量化します。
接合部とケース間の熱抵抗は、半導体ダイからパッケージへの熱伝達効率を示し、デバイスの信頼性と性能に直接影響します。
周囲温度は、温度勾配と潜在的な熱放散制限を決定する熱抵抗の計算において重要な入力値です。
はい、より優れたサーマルインターフェース材料を使用し、ヒートシンクの設計を改善し、アクティブクーリングを追加し、幾何学的な熱伝達特性を最適化することで実現できます。
接合部温度が高すぎると、デバイスの永続的な劣化、性能の低下、リーク電流の増加、壊滅的な故障につながるおそれがあります。

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