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熱抵抗ネットワーク計算ツール

部品の熱管理用に、直列熱抵抗ネットワーク (θ JC + θ CS + θ SA) を使用して接合部、ケース、およびヒートシンクの温度を計算

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公式

T_J = T_A + P_D × (θ_JC + θ_CS + θ_SA)

T_J — 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)
θ_SA — Heatsink-to-ambient thermal resistance (°C/W)

仕組み

熱抵抗ネットワークは、熱経路を電気的な抵抗ネットワークとして表すことにより、複雑なシステム内の熱伝達を解析するために使用される数学モデルです。電気回路が抵抗を使って電流の流れをモデル化するのと同じように、熱抵抗ネットワークは熱抵抗コンポーネントを使って異なる温度間の熱流をモデル化します。各熱抵抗は単位熱伝達あたりの温度差を表し、電気抵抗は単位電流あたりの電圧差を表します。

計算例

アルミニウム (厚さ5mm)、銅 (厚さ2mm)、セラミック (厚さ3mm) の3つの材料を使用した多層ヒートシンクを考えてみましょう。合計熱抵抗の計算:
1.個々の層抵抗の計算: R1 = 厚さ/(熱伝導率 x 面積)
2.アルミニウム: R1 = 0.005m/ (237 W/mk * 0.01m²) = 2.1 K/W
3.銅: R2 = 0.002m/ (401 W/mK* 0.01m²) = 0.50 K/W
4.セラミック: R3 = 0.003m/ (30 W/mk * 0.01m²) = 10.00 K/W
5.合計熱抵抗: 総計 = R1 + R2 + R3 = 12.61 K/W

実践的なヒント

  • ✓計算全体を通して常に同じ単位を使用する
  • ✓材料間の界面での接触熱抵抗を考慮してください
  • ✓信頼できる情報源からの実際の材料熱伝導率値を使用
  • ✓表面積や材料の厚さなどの幾何学的要因を考慮してください

よくある間違い

  • ✗層間の接触熱抵抗を無視する
  • ✗誤った熱伝導率値の使用
  • ✗単位を正しく変換し忘れる
  • ✗複雑な形状にわたって均一な熱分布を想定

よくある質問

熱抵抗は、電気抵抗と同様に、熱流に対する材料の抵抗を測定します。温度差を熱伝達率で割って計算されます。
温度差は電圧、熱流は電流、熱抵抗は電気抵抗といった類似の原理を採用しています。
材料の厚さ、熱伝導率、断面積、および界面条件はすべて熱抵抗に影響します。

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