電気・電子

トランジスタ熱・ヒートシンク計算機

接合温度、温度余裕、最大損失電力、必要なヒートシンク熱抵抗を推定します。

入力値

計算結果

接合温度の推定: —

温度余裕: —

温度上昇: —

最大損失電力の推定: —

ヒートシンクの最大熱抵抗: —

計算式—

接合温度を見積もり、ヒートシンクの熱抵抗を比較する

既知の消費電力を持つ一つのトランジスタや他のデバイスの定常接合温度を見積もります。パッケージ単体のモデル、またはケース、取り付け界面、ヒートシンクを通る直列熱経路を選びます。温度上昇、余裕、モデル上の最大消費電力を比較します。過渡的な発熱、デバイス間の熱結合、PCB を通る並列熱経路はシミュレーションしません。

使い方

ヒートシンクの有無を選び、デバイスの消費電力を W で入力します。負荷に供給する電力ではなく、デバイス内で発生する熱を使います。MOSFET 計算機からのリンクでトランジスタ損失の推定値を事前入力できます。想定する動作条件に対してその値を確認してください。
周囲温度と選んだ接合温度上限を °C で入力します。ヒートシンクなしでは接合部から周囲への熱抵抗 θJA を入力します。ヒートシンクありでは接合部からケースへの θJC、ケースからヒートシンクへの θCS、ヒートシンクから周囲への θSA を °C/W で入力します。
接合温度、温度上昇、余裕を併せて読み取ります。入力したヒートシンク熱抵抗を、計算された許容最大値と比較します。消費電力、周囲温度、熱抵抗を変えて結果を調べ、適切な動作余裕を確保して実装を検証してください。

設定と制限

熱経路と周囲温度: パッケージ単体のモデルは θJA を使い、ヒートシンクモードは θJC + θCS + θSA を加算します。接合温度は周囲温度に消費電力と総熱抵抗の積を加えた値です。実装付近の局所的な動作周囲温度を使ってください。熱抵抗はパッケージ、PCB、取り付け界面、気流、設置方法に依存します。データシート値には適合する条件が必要です。
接合温度上限と電力余裕: 接合温度上限はユーザーが選ぶ値で、型番から推定した定格ではありません。余裕はその上限から推定接合温度を引いた値です。モデル上の最大消費電力は、利用可能な温度上昇を総熱抵抗で割った値で、周囲温度がすでに上限を超えている場合は下限をゼロにします。
必要なヒートシンク熱抵抗: 許容最大 θSA は（接合温度上限 − 周囲温度）/ 消費電力 − θJC − θCS です。このモデルでは正の θSA が低いほど温度上昇が小さくなります。必要値は周囲温度と電力で変わり、ヒートシンクの選択や、他のデバイスと共有する場合の影響は扱いません。

操作例

ヒートシンクモードを選び、消費電力 5 W、周囲温度 40 °C、接合温度上限 125 °C にします。θJC = 2 °C/W、θCS = 0.5 °C/W、θSA = 10 °C/W を入力します。総熱抵抗は 12.5 °C/W、温度上昇は 62.5 °C、接合温度は 102.5 °C です。

想定される結果
θ	TJ	ΔT	Tlimit − TJ	Pmax
θSA = 10 °C/W	102.5 °C	62.5 °C	22.5 °C	6.8 W
θSA = 20 °C/W	152.5 °C	112.5 °C	−27.5 °C	3.77778 W
θJA = 20 °C/W	140 °C	100 °C	−15 °C	4.25 W

余裕は 22.5 °C、モデル上の最大消費電力は 6.8 W、最大ヒートシンク熱抵抗は 14.5 °C/W です。θSA だけを 20 °C/W に変えると、接合温度は 152.5 °C、余裕は −27.5 °C になります。ヒートシンクなしで θJA に 20 °C/W を入力すると、同じ電力と周囲温度で接合温度は 140 °C になります。

よくある質問とトラブル対処

データシートの θJA 値をどの PCB でも使えますか？

θJA には指定された基板と周囲を通る熱伝達が含まれ、パッケージだけで決まる普遍的な定数ではありません。PCB、気流、筐体に対して根拠のある値を使うか、実装を評価してください。基板の銅箔や近くの熱源を変えると実効熱経路が変わる場合があります。

有限の熱抵抗を持つ受動ヒートシンクでは対応できないとはどういう意味ですか？

接合部からケースと界面の項が温度の許容幅を使い切り、残りの許容ヒートシンク熱抵抗がゼロまたは負になっています。ヒートシンクの改善だけでは、有限で正の熱抵抗でこれらのモデル入力を満たせません。電力や周囲温度を下げる、他の熱経路項を改善する、または根拠のある上限を見直してください。

消費電力がゼロだとヒートシンク要件がないのはなぜですか？

この定常モデルで発熱がゼロなら接合温度は周囲温度に等しく、電力に基づくヒートシンク熱抵抗は計算できません。それでも周囲温度を接合温度上限と比較する必要があります。ツールはゼロの消費電力を受け付けますが、総熱抵抗は正でなければなりません。