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
公式
参考: JEDEC JESD51 thermal measurement standard
仕組み
ヒートシンク熱抵抗計算ツールを使うと、電源設計、モータドライブ、およびハイパワーアンプの熱管理に不可欠な、接合部温度を安全に動作させるためのθ SA要件を計算できます。熱エンジニア、パワーエレクトロニクス設計者、製品信頼性エンジニアは、これを使用してヒートシンクのサイズを決定し、熱マージンを検証します。JEDEC JESD51-12によると、全熱抵抗θ JA = θ JC + θ SA。ここで、θ JC は半導体メーカーによって指定されています (TO-220:1-2°C/W、D²PAK: JEDECあたり0.5-1°C/W)、θ CS はインターフェース材料によって異なります (サーマルグリース:0.1°C/W、ドライコンタクト:0.5°C/W、サーマルパッド:0.2°C/W、サーマルパッド:0.2°C/W)、およびθSAはヒートシンクの性能です。自然対流ヒートシンクは、サイズにもよりますが、θ SA = 3-20°C/Wを達成します。2 m/sの強制空気により、AVIDアプリケーションデータによると、θ SAは3〜5倍向上します。
計算例
1Aの負荷で12Vを5Vに変換するLM7805レギュレータのヒートシンクを選択してください。電力損失:Pd = (12V-5V) × 1A = 7W。LM7805データシートより:θ JC = 4°C/W (TO-220)、Tj (最大) = 125°C。設計ターゲット:Ta = 50°C (産業環境) でTj = 100°C。必要な合計 θ JA: θ JA = (Tj-Ta) /Pd = (100-50) /7 = 7.14°C/W。サーマルペーストの場合 θ CS = 0.2°C/W: θ SA (最大) = 7.14-4-0.2 = 2.94°C/W。Avid 531202B02500G (θ SA = 2.5°C/W、50mm × 50mm × 25mm) を選択してください。検証:Tj = 50 + 7× (4 + 0.2 + 2.5) = 50 + 46.9 = 96.9°C — 100°Cのターゲット内、3°Cのマージンがあります。屋外用途 (Ta = 70°C) の場合は、大型のヒートシンクにアップグレードするか、ファンを追加してください。
実践的なヒント
- ✓自然対流を実現するには、ヒートシンクのフィンの周囲に最低10mmの隙間を設けてください。気流が遮断されると、熱設計ガイドラインに従ってθSAが50～ 100% 増加します
- ✓黒色の陽極酸化ヒートシンクは、放熱が改善されるため、裸のアルミニウムよりもθSAが10〜15％低くなります。これは、周囲温度よりΔTが40°C以上高い場合にのみ顕著です
- ✓通常、2 m/sで強制空気をかけると、θSAは3～5倍減少します。特定のヒートシンクについては、製造元の曲線を参照してください。ファンの選択:AAVID サーマル・ハンドブックによると、小型エンクロージャーの場合は 5 W あたり 1 CFM
よくある間違い
- ✗取り付け方向を考慮せずにヒートシンク θ SA を使用する — 自然対流を伴う垂直フィンの方が、水平方向よりも 20 ～ 30% 低くなります。メーカーの仕様では、最適な向きが想定されています。
- ✗サーマルインターフェース抵抗を無視 — θ CS = 0.5°C/W (ドライコンタクト) を省略すると、標準電力レベルでTjが3～5°C低くなります。必ずサーマルコンパウンドを使用してください。
- ✗電力による線形スケーリングを想定すると、高い電力密度 (>1W/cm²) では、ヒートシンクの表面は熱的に飽和します。CFDシミュレーションを使用するか、公開されているθ SAを20〜30％低下させます
よくある質問
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