ヒートシンクの選び方を解説2024.05.11パワー半導体を動かすときに冷却するのにヒートシンクが必要となります。実験するのにヒートシンクってどう選んだら良いのか?の考え方を実例を挙げながら解説してみます。やってヒートシンク選べばいいかわからない。いう人に参考になれば幸いです。損失(W)が許容できる熱抵抗(Rth)のヒートシンクを選ぶ。基本的な考え方となります。「パワー半導体部でA[W]損失する。外気温度は最大でB[°C]です。パワー半導体のチップ温度最大値Tjmax=C[°C]」という条件であれば、A[W]の損失が生じてもC-B[°C]の温度上昇しないような熱抵抗Rthのヒートシンクを選べばよい!ということになります。イメージを見ながら、計算方法を説明よく見るイメージ図ですが、ヒートシンクを付けたときのパワー半導体のイメージ図を示します↓。ヒートシンクとチップと熱抵抗のイメージ図ヒートシンクの熱抵抗値は以下の計算式で計算できます。$$\small{Rth_{heatsink}=\frac{Tc_{max}-Ta_{max}}{P_{loss}}}$$Ta_max:周囲温度の最大値[°C]、Tc_max:チップ表面温度の最大値[°C]、Rth_heatsink:ヒートシンクの熱抵抗、Ploss:パワー半導体の損失[W]Tc_maxはまぁざっくり設定で良いと思いますが、Tj_maxとRth_jcはメーカーのデータシートに記載あります。そこから同じように計算したらOKです。Ta_maxは使用条件で決まりますね。Plossはざっくり効率がいくつでって計算する感じで概算は出来ますね。これを計算して必要なヒートシンクの熱抵抗を求めたら、その値以下の熱抵抗を持つヒートシンクを選定したら、目標のTcmax(Tjmax)に至らないのでOK!という考え方です。どんな感じで選定していくかを具体的に書いていく実際に選定してみましょう。損失を見積もる仮に定格100Wで効率が95%くらいのコンバータを想定しましょう。その場合、損失は$$\small{\frac{P_{out}}{P_{in}}=0.95\\frac{100}{P_{in}}=0.95\P_{in}=\frac{100}{0.95}=105.3[W]\P_{loss}=5.3[W]}$$損失は大体5.3Wと見積もれました。これが一つのパワー半導体で全て生じたと仮定しましょう。(実際は他にも損失要素はあると思いますが、練習ということで。それに厳しい方向になるから、いいんじゃないでしょうか。)必要な熱抵抗を計算する仮に実験環境のTa_max=60°C、Tc_max=100°Cとしましょう。そのとき必要なヒートシンクの熱抵抗は$$\small{Rth_{heatsink}=\frac{Tc_{max}-Ta_{max}}{P_{loss}}\Rth_{heatsink}=\frac{100-60}{5.3}=7.6}$$となります。7.6[°C/W]以下のヒートシンクを選べばよいとなりますね。ヒートシンクを選定する今回は勝手にパワー半導体のパッケージをTO220の仮定して、RSコンポーネントで検索してみました。RSコンポーネントでヒートシンクを検索した画面TO220で熱抵抗を計算値より小さい物をいくつか選んで、安い順に並べ替えました。仕様を見ると熱抵抗は6k/Wと条件以下です。これで良んじゃないですか?という感じで選定します。(強制空冷の場合)ファンを選定する強制空冷の場合、ファンも選定する必要があります。その場合、以下の図のように風を送った時の熱抵抗を提示してくれているヒートシンクを選び、その風を送れるファンを選べばよいです。国内メーカーだと三洋電気に山ほど種類があるので、必要な風速が得られるファンを条件決めて選んだら良いです↓。参考資料は以下のTDKラムダの「パワーモジュール電源製品アプリケーションノート」のP11付近がとても参考になります。https://product.tdk.com/system/files/dam/doc/product/power/switching-power/dc-dc-converter/app_note/pcbmount-pm_app-note_j.pdf以上です。誰かの参考になれば幸いです。最後までお読みいただきありがとうございました。スポンサーリンクパワーエレクトロニクスシェアするTwitterFacebookはてブkakitamaotokoをフォローするかきエレかきエレ関連記事パワーエレクトロニクス【EMC】系統電源に接続されたYコンデンサの漏れ電流の計算方法みなさま、お疲れ様です。今日はEMCの話についてです。見る以下のEMCの回路図のYコンデンサについての話です。Yコンデンサはコモンモードノイズ対策に入れられます。今回はこのYコンデンサの漏れ電流の計算方...パワーエレクトロニクス【インバーター】単相インバーターのリップル電流の求め方みなさま、お疲れ様です。今回は単相インバーターに関する記事です。1回目:【インバーター】バイポーラSPWM制御単相インバーターの動作原理2回目:【インバーター】バイポーラSPWM制御単相イ...パワーエレクトロニクス【デジタル制御】PID制御を双一次変換して、差分方程式の導出までを解説するみなさま、お疲れ様です。今回はデジタル制御の入門ということで、s領域のPID制御の伝達関数を双一次変換で離散化し、z領域の伝達関数から差分方程式を導出するまでを説明します。デジタル制御を始めたい...パワーエレクトロニクス【インバーター】バイポーラSPWM制御単相インバーターのプラント伝達関数を計算するみなさま、お疲れ様です。単相インバーターの記事、2回目です。いうことについて勉強していきます。早々に結論ですが、ヒートシンク体積は以下の式で見積もることが出来ます。$$\sma...パワーエレクトロニクス【トランス】励磁インダクタンスと漏れインダクタンスの測定方法みなさま、お疲れ様です。本記事ではトランス(変圧器)の励磁インダクタンスと漏れインダクタンスの測定方法を説明します。試しにLCメータで実際測定してみます。今回使用したLCメータはこれです。defined.")}))}();。