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以前にも熱計算の方法について質問させていただきましたが
現在4層基板に実装した部品(レギュレータ)の温度上昇について計算しています。

使用している部品の接合部-周囲雰囲気間熱抵抗は125℃/Wで
実際は0.5Wで使用しているため、部品の温度は62.5℃となります。

この部品を基盤に実装して部品自体の温度上昇を20~30℃にしたいのですが
その計算方法がわからない状態です。
基板へ32.5~42.5℃放熱できればいいということなのですが・・・

とりあえず
・部品の消費電力
・部品の熱抵抗
・部品の表面積、断面積
・基板の熱抵抗
・基板の実装面積
・基板の熱伝導率

がわかればいいと思うのですが、今悩んでいるのは基板の熱抵抗です。
4層基板ですので、銅箔×4+ガラスエポキシ×3+レジストで構成されているとすれば
これらの熱抵抗の合計が基板の熱抵抗ということでいいのでしょうか?

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A 回答 (4件)

ANo.1,3 です。


中途半端な回答で失礼しました。
>ビィアホール接続で熱抵抗が加算される
>=熱抵抗が並列に加算される
>→ビィアホールが増えるほど熱抵抗が低くなる
>という認識でよいでしょうか?
その通りです。
A面とGND層とB面の熱抵抗が並列接続となり放熱面積が増えます。
但し、ビィアホール1個辺りの熱抵抗は大きいので、複数個にして熱抵抗を下げます。
(3端子REGであれば、GND層に接続して放熱面積を稼げますね。)

>基板の熱抵抗=A面の面積(パターン分除く)+A面ビィアホール数+GND層の面積(基板の断面積)+B面ビィアホール数+B面の面積(パターン分除く)

熱抵抗の並列接続ですので、
A=A面の面積
B=A面ビィアホール数+GND層の面積
C=B面ビィアホール数+B面の面積
で、基板の並列の合成熱抵抗となり
熱抵抗=(A*B)/(A+B)⇒D (D*C)/(D+C)・・・
と考えてください。
 
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この回答へのお礼

上記の回答で理解できました。
再度熱計算してみたいと思います。
何度もご丁寧に回答いただきありがとうございました。

お礼日時:2011/04/16 22:45

補足部分に付いて回答します。


TO-252 の形状とパッド設計例の下記資料を参照ください。
パッケージ形状で熱抵抗は決定されますので、実際に使用されるレギュレータICのデータシートを参照ください。
パッケージ単独とパッド放熱時の熱抵抗と、許容PCが記載されています。

なお、放熱フィンがコレクタ電極ですので、C/D層(電源/GND層)に接続で短絡させない様に配慮して、ビィアホール数が増加するので、A/B面とのみで放熱に利用するのが問題を発生させない方法が無難です。

<1点目>
1)A面、B面の場合は信号のパターンが走っているのでその分は除いて面積で計算します。
2)B面の場合はスルホール接続で熱抵抗が加算されますので、4~6点程での多点で接続して熱抵抗を下げます。

<2点目>
1)TO252というパッケージであれば、放熱フィン⇒パッドパターンの熱伝導で熱抵抗を考えてください。
 リフロー時のパッド設計でメタルマスクの半田印刷が決定されますので、むやみにA面放熱面積は拡大できません。
2)ケース部は空気の熱抵抗で考えればいいのですが、放熱フィンの熱抵抗が充分低いので無視するか、マージン分と考えてください。
*パターン設計CADにパッド設計ライブラリが登録されているので、最近は面付け部品で1W以下の低電力ICの熱抵抗は詳細検討しませんね。

TO-252 (MP-3Z)
http://www2.renesas.com/discrete/ja/package/pd/m …
TO-252 (MP-3Z) マウント・パッド設計例
http://www2.renesas.com/discrete/ja/package/mpd/ …
 

この回答への補足

早速回答頂きありがとうございます。

ビィアホール接続で熱抵抗が加算される
=熱抵抗が並列に加算される
→ビィアホールが増えるほど熱抵抗が低くなる
という認識でよいでしょうか?

また、回答No.1の話に戻ってしまい申し訳ないのですが、2)の文章についてどのように解釈すればよいのかがわからないのですが、No.3に回答とあわせて考えると、

基板の熱抵抗=A面の面積(パターン分除く)+A面ビィアホール数+GND層の面積(基板の断面積)+B面ビィアホール数+B面の面積(パターン分除く)

ということでいいでしょうか?

たびたび申し訳ありませんがご回答いただければと思います。

補足日時:2011/04/15 11:02
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基板の熱抵抗計算については,ここのp.4-12第5章「THERMAL CONSIDERATIONS」が簡潔にまとまっています.


http://focus.ti.com/lit/ml/slup230/slup230.pdf
こちらはより詳しくなっています.
http://focus.ti.com/download/trng/docs/seminar/T …
TIには"On-Line Training"もあるから受講したらどうでしょうか?
http://training.ti.com/courses/CourseDescription …

日本のサイトに「熱設計なんでも相談室」があります.
http://www.thermo-clinic.com/
中にはいると「プレート(基板)の温度計算式」なんてのもありますし,「オンライン質問コーナ」もあって質問できます.
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この回答へのお礼

参考になる資料を教えていただきありがとうございます。
英語なので、翻訳が少々苦戦しそうですが見てみたいと思います。
「熱設計なんでも相談室」なんてサイトもあったんですね。
こちらも活用させていただきます。
ご回答ありがとうございました。

お礼日時:2011/04/15 00:00

基本的な熱設計の方法はご存知のようですので、勘違いされている部分のみ記載します。


1)4層基板で放熱に使える面は、部品面(A面)と内装のGND層と半田層(B面)の3面で電源層はの1面は使えません。
2)またガラスエポキシ層の放熱・伝熱はあまり期待できず、A面+バィアホール数xNと内装のGND層面積とA面+バィアホール数xNと+B面の伝熱・放熱で熱抵抗は決定されます。
3)部品取り付け面部分のレジストは剥離して熱接触抵抗を下げて半田ーで放熱抵抗を下げるか固定ねじで熱抵抗を下げます。
4)実装した部品(レギュレータ)の熱抵抗を加算すると全体の熱抵抗が計算できます。
*4層基板面積あたりとバィアホールの熱抵抗率は失念していますが、パーン設計のCADには熱抵抗率ライブラリを参照可能です。
実装した部品(レギュレータ)のパッケージ形状で、熱抵抗も左右されます。最終的に15℃/Wから45℃/W程度の熱抵抗を4層基板で確保は可能です。
*基板の表面積当たりの熱抵抗と、バィアホールの熱抵抗で設計面積が決定できます。
(datcha 様は東北の方のようでウン・ダッチャなど懐かしい思いがあります。)
 

この回答への補足

お返事がおそくなってしまい申し訳ありません。
補足していただきありがとうございます。
熱計算をする際疑問に思っていたことで、補足の内容とも関わってくる部分がありましたので、よろしければ教えてください。(いずれかの回答でも結構です)

<1点目>
2)であげていただいたA面、内層(GND)、B面の各面積ですが、内層の場合は基板の断面積で考えてしまって問題ないと思うのですが、A面、B面の場合は信号のパターンが走っているのでその分は除いて計算しなければいけないのでしょうか?

<2点目>
今熱計算をしているレギュレータはTO252というパッケージで、基板実装面(レギュレータ裏面)は、放熱フィン+ケースでできています。
放熱フィン部ははんだ付けするのではんだの熱抵抗を考慮すればよいかと思いますが、ケース部は空気の熱抵抗で考えればいいのでしょうか?

とりあえずは教えていただいた内容で再チャレンジしてみようと思います!

補足日時:2011/04/14 23:57
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Q熱抵抗の計算方法について教えて下さい

熱抵抗についていくつか質問させて下さい。

(1)
添付画像上の材質Aと材質Bの熱抵抗の計算方法についてですが、
熱伝導率、厚さ、をそれぞれ
A: 2[W/m K]、4[mm]
B: 3[W/m K]、2[mm] として、
熱源とAの接触面積を20[mm^2]
AとBの接触面積を20[mm^2]としたら

Aの熱抵抗=4*10^-3/(2*20*10^-6)=100
Bの熱抵抗=2*10^-3/(3*20*10^-6)=33.3

でよろしいのでしょうか?
Aの熱抵抗を計算する時は入熱面の面積?(ここでは熱源との接触面積)
で計算したらいいかよくわからなくて・・・。

(2)
更に熱源が0.5[W]だったら、Aの入熱面と放熱面?(AとBの接触面積)の
温度差はで100*0.5で50度になる、でよろしいのでしょうか?
(定常状態の時で、対流等考えない場合)

(3)
(下記は(2)が間違っていたら無視して下さい。)
次に、同様に熱源が0.5[W]だとして、外気が20度だとします。
すると、熱源とAの接触面とBと外気との接触面の温度差が(100+33.3)*0.5=66.5度に
なると思います。
ここから熱源の温度を求める事ができますか?
外気と温度差足せば良いとかいう記述を見たような気がするのですが、
理由がよくわかりません。

以上です。よろしくお願い致します。

熱抵抗についていくつか質問させて下さい。

(1)
添付画像上の材質Aと材質Bの熱抵抗の計算方法についてですが、
熱伝導率、厚さ、をそれぞれ
A: 2[W/m K]、4[mm]
B: 3[W/m K]、2[mm] として、
熱源とAの接触面積を20[mm^2]
AとBの接触面積を20[mm^2]としたら

Aの熱抵抗=4*10^-3/(2*20*10^-6)=100
Bの熱抵抗=2*10^-3/(3*20*10^-6)=33.3

でよろしいのでしょうか?
Aの熱抵抗を計算する時は入熱面の面積?(ここでは熱源との接触面積)
で計算したらいいかよくわからなくて・・・。

(2)
更に熱源が0.5[W]だったら...続きを読む

Aベストアンサー

回答NO.1です。

 すみません。3)の回答に誤りがありました。

>Bと外気との接触面の温度は外気の20度より高くなると思うのですが、
>仮に25度だとすれば熱源の温度は25+66.5=90.5度に。
>(放熱してる物体に手を近づければ触らなくても暖かく感じるので、
>外気より高くなるのではないかと)
>Bと外気との接触面を測定しなくても外気温だけで熱源の温度はわかるのでしょうか?
>そもそも理想的な状態だとBと外気との接触面の温度は外気温と同じになるようなものなのでしょうか?

Bと外気の接触面の温度は外気温よりかなり高くなります。そのとおりです。
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   25+(100+33.3+θb-a(k/W))×0.5(W)
になります。

Q今からでも、禁煙すれば肺はきれいになる?

喫煙歴20数年の私ですが、今からでも禁煙すれば非喫煙者のように
肺はきれいになるのでしょうか?
またきれいになるとしたら、何年位かかるのでしょうか。
御存知の方、お願い致します。

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足立淑子さんが書かれた本に載っていました。
禁煙後の体の変化。
20分で、血圧、脈拍、体温が正常になる。
8時間で、血中の一酸化炭素と酸素濃度が正常になる。
24時間で、心臓発作の危険が減る。
2日で、抹消神経が修復し、嗅覚、味覚が改善する。
3日で、気管支が弛緩して、呼吸が楽になり、肺の機能が増す。
2週間~3ヶ月で、循環が良くなり歩行が楽になる。肺機能は30%増す。
1ヶ月~9ヶ月で、肺の細胞が修復してきれいになり、感染症の発症が減る。咳、静脈鬱血、倦怠感、息切れが減り、体全体の活力が増す。
5年で、肺がんの死亡率が半減。
10年で、肺がんの死亡率が、非喫煙者と同じになり、他のがんの発生率も減る。

Q中国 深セン→香港国際空港→上海 の入出国について

こんにちわ
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来週からタイ、深セン、上海と10日間まわります。
再来週に 深セン→上海と移動するのに、国内線は良く遅れると聞いたので、香港からドラゴン航空というので上海行きの航空券を購入しました。蛇口のホテルなので、

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で移動するのですが、香港では空港内で乗り換えるだけで、イミグレは通りません。
深センでイミグレを通るので中国を出国しますが、そのまま上海で入国することになり、出国と入国が同じになり、上海でモメないか心配になりました。
そこで、旅行社に確認したところ、中国国内移動と同じだといわれ、入出国は不要ではないか?といわれました。
ただ、深センのフェリーを良く利用している人の話だと、乗り場では、必ずイミグレを通るようです。

このケースでは
(1)中国国内移動になるのでしょうか?
(2)深センのフェリー乗り場ではイミグレを通ってよいものでしょうか?あるいは、国内移動用の入り口でもあるのでしょうか?

同じルートで移動された経験のあるかたいらっしゃいましたら、アドバイスお願いいたします。

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Aベストアンサー

蛇口~香港空港~台湾の利用はしたことがあります。

蛇口では出境検査は必ず通らなければなりません。
蛇口を出る時点でいかなる場合でも国内移動でなく、出国となります。
そもそも高速艇は蛇口港の国際ターミナルから出ていますので、出境
検査を通らないと乗れない構造です。

まず言えることは、中国辺防検査は中国(大陸)への出入国だけを
コントロールしているので、どの国に行ったかは関知しません。
というより知る必要も、方法もありません。

ひとつの例ですが、日本を出国しました。行き先で入国拒否でした。
強制的に来た便で戻りました。日本に入国できないでしょうか?
というのと同じです。日本の出入国管理局は日本の出入りだけを
見ていてどこに行ったか、どういうルートで戻ってきたかを
見られませんし、見る必要はありません。

あくまでその国を出た記録があって、入国するという記録になれば
何ら問題はありません。出た記録がないのに入国はできませんから。


なお深セン空港は天候に左右されない空港なので遅れは少ないです。
市内からバスで1時間以内と近いです。
香港だと国際扱いなので蛇口を150分前に出ないとアウトです。
それに国際扱いなので航空券も高いですし。

蛇口~香港空港~台湾の利用はしたことがあります。

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蛇口を出る時点でいかなる場合でも国内移動でなく、出国となります。
そもそも高速艇は蛇口港の国際ターミナルから出ていますので、出境
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まず言えることは、中国辺防検査は中国(大陸)への出入国だけを
コントロールしているので、どの国に行ったかは関知しません。
というより知る必要も、方法もありません。

ひとつの例ですが、日本を出国しました。行き先...続きを読む

Q電気機器業界の平均年収

はじめまして。

現在大学四年で就職も決まったのですが、平均年収について気になっています。
例えば電気機器業界ですが、平均年収・平均年齢は、
ソニー---------936万-----39.0歳
キヤノン-------868万-----39.4歳
東芝-----------766万-----40.3歳
松下電器産業---798万-----42.5歳
富士通---------753万-----39.8歳
NEC---------743万-----39.3歳
日立製作所-----738万-----39.7歳
と以外に少ないと思いました。
この業界で40歳で1000万はいかないんでしょうか?

一方、自動車業界も調べてみたんですが、
トヨタ自動車----804万-----37.0歳
デンソー--------835万-----39.9歳
豊田自動織機----747万-----36.8歳
ホンダ----------819万-----44.0歳
アイシン精機----709万-----38.6歳
日産自動車------729万-----41.2歳
平均年齢を考慮してもトヨタグループであれば部品メーカーでもホンダ・日産より高給であることが以外でした。

以上の数字を比べてもソニー・キヤノンは福利厚生がいまいちで、東芝は55歳で定年ということを考えると、大手電機メーカーに勤めたとしてもそれほどいい給料(生活)は望めないのでしょうか?
(労働実態や給与体系はそれぞれ違うので単純な比較は難しいと思いますが・・・・)

引用URL:http://special.msn.co.jp/money/salary/each_salary/016.html
参考URL:http://salanen.yoikaisha.com/ichiran/40-3650-0.html

はじめまして。

現在大学四年で就職も決まったのですが、平均年収について気になっています。
例えば電気機器業界ですが、平均年収・平均年齢は、
ソニー---------936万-----39.0歳
キヤノン-------868万-----39.4歳
東芝-----------766万-----40.3歳
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と以外に少ないと思いました。
この業界で40歳で1000万はいかないんでしょうか?

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Aベストアンサー

こんにちは。

皆さんよく平均年収に目を奪われがちですが、そこだけに注目してしまうと失敗することもあります。なぜなら 「平均給与=もっとも沢山の社員さんがもらっているであろう給与額」 とは違うからです。
例えば年収300万円の人が5人900万円の人が1人いたとすると、ここから計算される平均給与額は400万円になりますが、この結果からは900万円もらえる場合もあるという給与実体があまり見えてきませんよね。ですのでもし詳細にご検討されるなら、平均給与額よりも給与幅や給与額のばらつき度合いを気にした方がよいと思われます。
昨今は同年代でも年収に100万円単位の差が生じることも希ではないので、給与評価は点としてよりも幅で考えることを是非お勧めします。
私の勤務先でも、同年代で賞与が一桁違ってきている例もありました。

お役に立てば幸いです。

Q給与所得から消費税が引かれる?

よろしくお願いします。

私どもが属している職域団体(以下本会と表記します)は社団法人格を持ち、
特定の業務について県と本会との間に業務委託契約を結んでいます。
個々の会員が業務を行った際には1件当たり事前に決められた額が本会から
「給与所得」という形で個々の会員に入金されるのですが、
その際に源泉所得税と消費税を差し引いて入金されます。
業務は技術提供であり物品の販売は全く行っていないのですが、
こういった場合給与所得から消費税を差し引かれる根拠はあるのでしょうか?
本会に問い合わせても「総会で決定したことだから」の一点張りでまともな回答を得られません。
職域の種類や実際の業務内容などをもう少し詳しく書ければ良いのですが、
立場上、これ以上具体的な内容は差し控えさせて頂きたく思います。

どうぞアドバイス、ご意見をよろしくお願いします。

Aベストアンサー

「本会が県から委託報酬料を受け取る際に、委託報酬料が1000万円だった場合、県からは1050万円を支払ってもらう、という事になるのでしょうか?それならば話は分かるのですが、実際の業務を担当した個々の会員が消費税を支払う、という事の
整合性がどうしても理解できないのですが。個々の会員はこの場合、誰からの役務の提供に対して消費税を払う必要が生じるのでしょうか?」

上記で質問の本質がわかりました。
給与ではなく「報酬」です。これは間違いないことでしょう。
雇用契約がある、つまり従業員ではないのですから、役務の提供に対しての報酬です。
前回答に記した弁護士報酬の例ですね。

実際の業務を担当した個々の会員は「消費税を納める」立場ではなく「消費税込みの報酬を受け取る」立場ですね。
報酬から源泉所得税を徴収して税務署に納める、そのために天引きするというのは理解できます。
しかし消費税を天引きするのには「???」と私も思います。

先例を利用しますと。
弁護士報酬42万円を支払うさいに、源泉所得税4万円を天引きするのはわかります。
しかし、消費税相当額2万円を天引きする法的根拠は、確かに見つかりません。

消費税は源泉所得税と違って、価格の一部です。
105円の鉛筆を買うときに、5円は消費税だから預かっておくと買主が言い出すようなものです。
売り手側から見ると消費税額相当額の値引きをして販売することになります。

もしかすると総会で議決されたのは
消費税額相当額の値引きを認めさせる、かもしれませんね。

1000万円の報酬に50万円の消費税をつけて請求をする。
すると、消費税相当額の50万円が引かれて、報酬に対しての100万円が源泉徴収され
入金額が900万になるということでしょう。

入金したほうでは1,000万円が「消費税を含めた売上」になります。
支払いをしたほうでは「消費税相当額の値引きをさせた」だけです。

報酬として支払うべきものを給与所得という勘定科目を使用するぐらいの感覚ですので、
「消費税額相当額の値引き」を「消費税を天引きする」という表現にしてしまってるのかもしれません。
県から仕事をもらっている法人が、運営するための費用をそこでちょろまかしてるという言い方もできるかもしれません。

「おまえらは、おれから仕事を貰ってるんだから、消費税相当額を支払え」というのを
消費税を預かるという方法にしてるのかも。

でも、消費税を預かるという処理をしてて、税理士はなにも言わないのでしょうかね?
「なんじゃ?これ??」と云われると思うのですが。

「本会が県から委託報酬料を受け取る際に、委託報酬料が1000万円だった場合、県からは1050万円を支払ってもらう、という事になるのでしょうか?それならば話は分かるのですが、実際の業務を担当した個々の会員が消費税を支払う、という事の
整合性がどうしても理解できないのですが。個々の会員はこの場合、誰からの役務の提供に対して消費税を払う必要が生じるのでしょうか?」

上記で質問の本質がわかりました。
給与ではなく「報酬」です。これは間違いないことでしょう。
雇用契約がある、つまり従業員ではな...続きを読む

Qインピーダンスの計算方法を教えてください!

○---R1--------L--------C2---------
        C1            C3  R2
○-----------------------------------
上記、直列・並列回路のインピーダンスの求め方を教えてください。C1、C3、R2は並列接続です(みにくくてすみません)よろしくお願いします。

Aベストアンサー

 
下図で、
X1 = -j/ωC1
X2 = j(ωL-1/ωC2)
X3 = -j/ωC3
とします。
 
 Z→ ─R1──┬─X2─┬──┐
            │     │   │
           X1    X3   R2
            │     │   │
            ┷     ┷   ┷


  Z = R1+ZA
  ZAはX1以降の全合成インピーダンス

  ZA = X1とZBの並列 = X1・ZB/(X1+ZB)
  ZBはX2以降の全合成インピーダンス

  ZB = X2+(X3とR2の並列)

この回路なら左から右への方が容易かと。検算してませんが、

Z = R1+{ R2X1(X2+X3) +X1X2X3 }/{ X3(X1+X2) +R2(X1+X2+X3) }

とか、あるいは

 = R1+{ X2 +R2(1+X2/X3) }/{ (1+X2/X1) +R2/X3・(1+X2/X1+X3/X1) }

のように虚数Xをできるだけ分数の形にすれば、j が約分されて実数になるので整理が付きます。
これ以降は、
分母の複素数を無理に有理化すると複雑になり過ぎますんで、標準的な
 (A+jB)/(C+jD)
の型になってるままが良いです。それから、LやCの式まで戻すことは普通やりません、複雑になりすぎます。例えば;
X2=0(LとC2が直列共振する周波数)ではR1とR2が直結状態とか、X1,X2,X3のループが直列共振する所では式は…、とか、、このように式の各項は何かの周波数に対応してますがLやCまでバラすとこれらが見えなくなってしまうんで。

余談;
普通は、これらの特徴的な周波数を、ω1=/1LC1、ω2=… と定義して式に入れて、生身のXをなくしますが、そこまで必要でしたら御請求ください。


(何かのπ型フィルタ、ひょっとして発振回路ですか?家の者が失礼をしました、一見したとき私も連休で重い課題をやらされてるのかと思いました。)
 

 
下図で、
X1 = -j/ωC1
X2 = j(ωL-1/ωC2)
X3 = -j/ωC3
とします。
 
 Z→ ─R1──┬─X2─┬──┐
            │     │   │
           X1    X3   R2
            │     │   │
            ┷     ┷   ┷


  Z = R1+ZA
  ZAはX1以降の全合成インピーダンス

  ZA = X1とZBの並列 = X1・ZB/(X1+ZB)
  ZBはX2以降の全合成インピーダンス

  ZB = X2+(X3とR2の並列)

この回路なら左から右への方が容易かと。...続きを読む

Q整流回路の理論値

整流回路を使用して、入力にトランスを使用し、負荷抵抗(可変)Rlに流れる電流ioに対する出力電圧Vo(DC)、リプル電圧Vp(AC)を測定しました。また、その出力波形を観察しました。使用した整流回路は、(1)ダイオードとコンデンサに負荷抵抗を接続した回路、(2)CRリプルフィルタ((1)の回路に微分回路と負荷抵抗を接続)、(3)トランジスタを用いたリプルフィルタ、(4)定電圧回路、です。

これらの整流回路を用いたときの、出力電圧とリプル電圧の理論値を求めたいと思っています。
ダイオードを抵抗として考えると、出力電圧(DC)の理論値は求められるような気がしています。この考えは合っているでしょうか?
また、(1)の回路では、出力波形にみられるリプル成分の傾きを求め、リプル電圧の理論値が出せると思います。しかし、他の場合のリプル電圧の理論値の導き方が分かりませんでした。

参考書などを調べたのですが、それぞれの回路がどのような特徴があるといったことは書いているのですが、理論値の出し方は載っていませんでした。どなたか教えてください。お願いします。

整流回路を使用して、入力にトランスを使用し、負荷抵抗(可変)Rlに流れる電流ioに対する出力電圧Vo(DC)、リプル電圧Vp(AC)を測定しました。また、その出力波形を観察しました。使用した整流回路は、(1)ダイオードとコンデンサに負荷抵抗を接続した回路、(2)CRリプルフィルタ((1)の回路に微分回路と負荷抵抗を接続)、(3)トランジスタを用いたリプルフィルタ、(4)定電圧回路、です。

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ダイオードを抵抗として考えると、...続きを読む

Aベストアンサー

(1) の回路でリップル電圧をまともに計算すると以下のようになります(式の導出は省略します)。

ANo.2 の回路はちょっと書き直しました( 信号源の出力抵抗 R を Z としただけです )。

           Di
  Vin ┌─ Z ─ r ─┬──┐Vout        ┌──┐Vout
     │        │i1  │i2          │i1  │i2
   信号源       C ↓ RL ↓          C ↓ RL ↓
     │        │   │           │   │
     └────-─┴──┘           └──┘
    (1) 充電時                   (2) 放電時

        【 コンデンサインプット型整流回路 】

(1) 充電時の出力電圧
ダイオードがONのときの等価回路を抵抗 r、入力信号を Vin = A*sin(ω*t) 、充電開始時(t = 0 )の出力電圧を Vout = V[n] としたとき
   Vout = [ [ V[n]*{ ( R+ RL )^2 + ( ω+C*R*RL )^2 } + A*RL*{ ω*C*R*RL*cos(ω*t) - ( R + RL )*sin(ω*t) } ]*exp{ -( R + RL )*t/( C*R*RL ) } - A*RL*{ ω*C*R*RL*cos(ω*t) - ( R + RL )*sin(ω*t) } ]/{ ( R+ RL )^2 + ( ω+C*R*RL )^2 } --- (1)
となります。ただし、R = Z + r です。

(2) 放電時の出力電圧
放電開始時( t = 0 )の出力電圧を V[n+1] とすれば、ANo.2で計算したように
   Vout = V[n+1]*exp{ -t/( C*RL ) } --- (2)

(3) 十分時間が経過したときの Vout
(1)の計算では、初期電圧を V[n] と一般化しましたが、最初はゼロ( V[0] = 0 )とおけば、充電期間の最後( t = π/ω ) の電圧は、式(1)で V[n] = 0、t = π/ω としたときの値になります。この電圧は、次の放電の開始電圧に等しいので、その値を V[1] とすれば、その放電期間が終了した時の電圧は、式(2)で V[n+1] を V[1] に置き換えて、t = π/ω としたときの値になります(この計算では各区間の開始時間を t = 0 としています)。この値は次の充電期間の開始電圧となますが、このように、各サイクルの初期電圧はサイクル数が進むに従ってどんどん変わっていくので、最終的なVout の最大値と最小値を求めるのは一見困難です。しかし、十分時間が経過すれば、それらの電圧は一定値に収束するはずです。つまり、充電の開始電圧 V[n] は次の放電の終了電圧に等しくなるはずです。したがって、式 (2) で、 t = π/ω とした値は V[n] に等しいはずなので

   V[n] = V[n+1]*exp{ -π/( ω*C*RL ) } --- (3)

この式の V[n+1] というのは、その前の充電期間の終了電圧ですので、これは式 (2) で t = π/ω としたときの値 に等しいはずです。

   V[n+1] = [ [ V[n]*{ ( R+ RL )^2 + ( ω+C*R*RL )^2 } - A*ω*C*R*RL^2 ]*exp{ -π*( R + RL )/( ω*C*R*RL ) } + A*ω*C*R*RL^2 ]/{ ( R+ RL )^2 + ( ω+C*R*RL )^2 } --- (4)

式(3), (4) から

   V[n] = A*ω*C*R*RL^2*exp{ -π/( ω*C*R*RL ) }*[ 1 - exp{ -π*( R + RL )/( ω*C*R*RL ) } ]/{ ( R+ RL )^2 + ( ω+C*R*RL )^2 }/[ 1 - exp{ -π*( 2*R + RL )/( ω*C*R*RL ) } ] --- (5)
   V[n+1] = V[n]*exp{ π/( ω*C*RL ) } --- (6)

となって、最終的なVout の最大値と最小値が求められました。V[n] < V[n+1] なので、リップル電圧は

   ΔV = V[n+1] - V[n] = V[n]*[ exp{ π/( ω*C*RL ) } - 1 ]

(4) Vout の平均電圧
リップル率の計算には、Voutの平均電圧 Vm が必要ですが、これは、充放電時の波形がすでに計算できているので、それを時間で積分して、積分区間で割った値になります。この場合、積分区間は充電時も放電時も t =0 から π/ω になります(各区間の始まりを t = 0 としているので)。つまり

   Vm = ω/π*∫[ t = 0 ~ π/ω ] [ [ V[n]*{ ( R+ RL )^2 + ( ω+C*R*RL )^2 } + A*RL*{ ω*C*R*RL*cos(ω*t) - ( R + RL )*sin(ω*t) } ]*exp{ -( R + RL )*t/( C*R*RL ) } - A*RL*{ ω*C*R*RL*cos(ω*t) - ( R + RL )*sin(ω*t) } ]/{ ( R+ RL )^2 + ( ω+C*R*RL )^2 } dt + ω/π*∫[ t = 0 ~ π/ω ] V[n+1]*exp{ -t/( C*RL ) } dt

となります。この積分は難しくありませんが大変複雑な式となります。リップル率は ΔV/Vm で計算できます。

(1) の回路でリップル電圧をまともに計算すると以下のようになります(式の導出は省略します)。

ANo.2 の回路はちょっと書き直しました( 信号源の出力抵抗 R を Z としただけです )。

           Di
  Vin ┌─ Z ─ r ─┬──┐Vout        ┌──┐Vout
     │        │i1  │i2          │i1  │i2
   信号源       C ↓ RL ↓          C ↓ RL ↓
     │        │   │           │   │
     └────-─┴...続きを読む

Q電子回路 FET

差動ラインドライバから受けた信号で LEDを点滅する回路を
作成しております。 LEDは高速赤外を使い 1MHz程度で情報を
送りたいと考えています。
LEDの数は40個以上で 1LED辺り 150mA 程度流すことを考えて
ます。電源は5Vです。 よってLED数個を 1個のFETでスイッチ
することを考えました。
差動ラインドライバは SN75ALS176B を使っております。
Iohが -400uA しかないため、 FETを数十個をパラレルに
ドライブする事は直感的に難しいのではないかと思うのですが、
どの数値を持って計算すれば良いのか分かりません。

また、FETを2段接続して駆動する方法も考えましたが、FETの
ダーリントン接続を行うときの注意点はありますでしょうか?

FETには NDS355Nを使用しています。

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

データシート [1] によれば、NDS355Nは入力容量が 245pF ありますので、SN75ALS176Bのレシーバ出力(1pin)に接続できるのはせいぜい1個でしょう。NDS355N のソースに抵抗を入れると、ドレイン電流によってスレッショルドレベル(TTLコンパチ)が変わってしまうのでダメだと思います。

下図のように、レシーバ出力をソース接地のNDS355N(Q1)で受けて、その出力をドレイン側から取り出して複数のNDS355N(Q2、Q3、・・・)に分配すれば、NDS355Nのスレッショルドレベルは変わりません。
                              ┌─┬─┬ ・・・┬─ 5V
                              │  │  │   │
                              R  R  R    R
                              │  │  │   │
             ┯ 5V             ▼  ▼  ▼   ▼ LED1~8
             Rd            D ─┴─┴─┴ ・・・┘
SN75ALS176B    ├─────┬─ G   Q2
 ┏━┓1pin     D  Q1    │    S  NDS355N
 ┃  ┠────G  NDS355N │   ┷
 ┗┯┛        S        │      ▼  ▼  ▼   ▼ LED9~16
   ┷         ┷        │   D ─┴─┴─┴ ・・・┘
  GND        GND       ├─ G   Q3
                      │   S  NDS355N
                      │   ┷

NDS355NのON抵抗( 0.25Ωmax)と許容損失(0.46W)から、NDS355Nの最大ドレイン電流は 1.35A 程度になりますので、1個のNDS355Nで駆動できるLED数は、LEDの最大電流を 150mA とすれば8個程度になります。LEDは40個以上とのことですので、LED数に応じてNDS355Nの数を増やしていけば良いのですが、NDS355Nの入力容量( 245pF) と通信速度(1MHz)を考えて、Q1の負荷抵抗 Rd は適切な値を選ぶ必要があるかと思います。また、複数のLEDを使って通信した場合、各LEDのジッタによって通信速度が制限されると思います。1MHz程度なら問題ないかもしれませんが、そのあたりは経験不足で適切なコメントができませんが、単純なRC回路で考えてみます。

Q1がOFFからONに変化したときは、Q2以降のゲートに溜まっていた電荷は、Q1のON抵抗(非常に小さい)を介して放電されるので、LEDがOFFとなる時間(ターンオフ時間)は短いと思います。しかし、逆にQ1がONからOFFになったとき、Q2以降のゲートへの充電電流は、ドレイン抵抗 Rd を通じて流れるので、下図のような RC回路に階段波が入力されたときの応答になります。

 Vo   ┏━  ─ Rd ─┬─ VGS
 0V ━┛       N×Ciss
                ┷
CissはNDS355Nの入力容量 [F]、N はQ2以降のNDS355Nの数です。VGSはゲート電圧 [V] です。入力信号が立ち上がる時間を t = 0 とすれば、VGSの応答波形は次のようになります。
   VGS = Vo*[ 1- exp{ -t/( N*Rd*CIss ) } ]
これがNDS355Nのスレッショルド電圧 Vth に達する時間 t0 [s] は
   t0 = N*Rd*Ciss*ln{ Vo/( Vo - Vth ) }
Vth = 1.6V、Vo = 5V、N=5、Ciss = 245e-12 F とすれば
   t0 [μs] = 0.756×Rd [kΩ]
となります。

入力信号が50% dutyの矩形波の場合、ONからOFFまでの最短時間は半周期なので、半周期 < t0 となるとQ2以降のNDS355NはON状態になりません。1MHzの半周期は 0.5μs ですから、Rdの条件は
   0.5 > 0.756×Rd [kΩ]
   → Rd < 661Ω
となります。ただしこれはギリギリの値なので、5倍程度の余裕をとれば、Rd = 100Ωとなります。このときのON遅延時間 t0 は 0.0756μs となります。Rd = 100Ωのとき、 Q1 がONしたときのドレイン電流は 50mA とかなり大きくなりますが、Q1の許容電流は 1A なので問題ありません。Rd の消費電力は、Q1がずっとONの場合、最大0.25Wなので、1/2W程度の許容損失の抵抗を使う必要があると思います。これはN=5場合ですので、Nの数を増やせば、Rd の値をもっと小さくしなければなりません(そうするとRdの消費電力も増える)。

[1]  NDS355Nデータシート http://www.ortodoxism.ro/datasheets/nationalsemiconductor/DS013107.PDF

データシート [1] によれば、NDS355Nは入力容量が 245pF ありますので、SN75ALS176Bのレシーバ出力(1pin)に接続できるのはせいぜい1個でしょう。NDS355N のソースに抵抗を入れると、ドレイン電流によってスレッショルドレベル(TTLコンパチ)が変わってしまうのでダメだと思います。

下図のように、レシーバ出力をソース接地のNDS355N(Q1)で受けて、その出力をドレイン側から取り出して複数のNDS355N(Q2、Q3、・・・)に分配すれば、NDS355Nのスレッショルドレベルは変わりません。
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Q熱伝導率と熱抵抗の関係

放熱器の計算をしようとしているのですが・・・
熱抵抗で表示しているものと、熱伝導率で表示しているものがあり、
どう計算していいのか迷っています。。

おおよそ、放熱器は熱抵抗[K/W]で表示してあり、
発熱体と放熱器の間に挟まる熱伝導材は熱伝導率[W/m・K]で表示してあるようですが・・・
熱伝導率[W/m・K] と、熱抵抗[K/W]は、
どうやって扱えばいいのでしょうか?

熱伝導率に何かの長さを掛けて、逆数を取れば[K/W]になるのは判るのですが・・・
何の長さなのでしょうか。。?
熱伝導材の厚さかと思ったのですが・・・それでは、薄くなればなるほど熱抵抗が増えてしまい、
逆になってしまいます。。

Aベストアンサー

 熱伝導率の単位 W/m・K は、実はW・m/m2・K です。
m2は面積、m/Kが温度勾配の逆数になります。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E4%BC%9D%E5%B0%8E%E7%8E%87

Qパターン幅と許容電流に関して質問があります。

ネットで調べたのですが理解できず質問させていただきます。

ネットで検索をすると、
一般的にパターン幅1m(銅箔厚35u)で1Aを目安とあります。

また、それとは別に
・破壊電流:パターン幅1mmで許容電流10A
・導体温度45℃上昇:パターン幅1mmで許容電流4A
などあります。

これは、
・パターン幅1mmに対して一瞬でも10Aを超えたらパターンが断線する。
・パターン幅1mmに対して4Aを流し続けた場合、外気温に対してパターンが45℃上昇する。
(外気温25℃であれば、パターンは、70℃になっている。)
という理解で良いのでしょうか?

つまりは、基板の温度が70℃でもOKということであれば、
パターン幅1mmで4Aを流しても良いということでしょうか?
それとも70℃に達する時間があり4Aを流し続けたら70℃を超え断線にいたるのでしょうか?

壊電流の10Aと導体温度45℃上昇の4Aの間は、どうなるのでしょうか?

質問が多くなり申し訳ございません。
分かる方がいたら回答お願いいたします。

Aベストアンサー

こんにちは
#1の回答と重複すると思いますm(__;m

(1)>一般的にパターン幅1m(銅箔厚35u)で1Aを目安とあります。
>また、それとは別に
(2)>・破壊電流:パターン幅1mmで許容電流10A
(3)>・導体温度45℃上昇:パターン幅1mmで許容電流4A

 (1)は、回路設計者がパターン設計者に指示すべき仕様になります。
 つまりパターン設計者は回路がどのくらいの電流を使用しているかいちいち回路解析はしないので35ミクロン有る銅箔で1mm幅の回路でつないでねと指示する必要があるということです。
 (2)は、回路設計者が間違っても(不測の事態が起こっても)パターン幅1mmを指定した回路に10Aの電流が流れるような設計をしてはいけないと禁じています。
 (3)回路設計者に4Aを流すと45℃も温度が上がるが回路動作に問題ないですか?と温度補償などの注意を促しています。

>これは、
>・パターン幅1mmに対して一瞬でも10Aを超えたらパターンが断線する。
>・パターン幅1mmに対して4Aを流し続けた場合、外気温に対してパターンが45℃上昇する。
>(外気温25℃であれば、パターンは、70℃になっている。)
>という理解で良いのでしょうか?
 その通りです。

>つまりは、基板の温度が70℃でもOKということであれば、
>パターン幅1mmで4Aを流しても良いということでしょうか?
 その通りです。
 但し、銅箔を基板に貼り付けている樹脂にはダメージが起こります。
 半田付けをしなくてはいけないので、230℃3秒間は持たす材料を使っていますが永遠にその温度を維持されると樹脂や端子に経時変化は当然起こりまよ(^^;

>それとも70℃に達する時間があり4Aを流し続けたら70℃を超え断線にいたるのでしょうか?
 断線はしませんが、その温度が持続して回路の動作に異常をきたしたりや使用しているパーツに異常は起こりませんか?(あるいは起こっても知らないよ)ということです(^^;

>壊電流の10Aと導体温度45℃上昇の4Aの間は、どうなるのでしょうか?
 どうなるか?、やった場合の結果は質問者さんの責任です(-。-;
 どうしても必要なら安全を確保して実験して確かめるべきです(^^;

こんにちは
#1の回答と重複すると思いますm(__;m

(1)>一般的にパターン幅1m(銅箔厚35u)で1Aを目安とあります。
>また、それとは別に
(2)>・破壊電流:パターン幅1mmで許容電流10A
(3)>・導体温度45℃上昇:パターン幅1mmで許容電流4A

 (1)は、回路設計者がパターン設計者に指示すべき仕様になります。
 つまりパターン設計者は回路がどのくらいの電流を使用しているかいちいち回路解析はしないので35ミクロン有る銅箔で1mm幅の回路でつないでねと指示する必要があるということです。
 (2)は、回路設計者が間...続きを読む


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