ヒートシンク選定の計算方法について教えてください。

ジャンクション定格温度(tj)　150度(80%として120度)
ジャンクション、ケース間熱抵抗(jc)　1.2度/W
ケース、ヒートシンク間熱抵抗(jh)　　2度/W
周辺温度　50度(ta)
消費電力　30W(q)

１、上記条件でヒートシンクの熱抵抗値の求め方
(tj-ta)/q
(120-50)/30=約2.3(2.3とします)

(jc+jh)-2.3
(1.2+2)-2.3=0.9
よって必要なヒートシンクは熱抵抗値が0.9度/W以下の物。
(値がゼロ以下の場合はヒートシンクは不要
ここまであってますでしょうか。

２、上記熱抵抗値0.9から下記条件でヒートシンクの表面積の求め方を教えてください。
　・アルミ、3mm厚の場合
　・鉄、5mm厚の場合

３、下記条件から熱抵抗を求める方法を教えてください。
　・アルミ、3mm厚、H:10cm W:2.5cm
　・鉄、5mm厚、H:15cm W:2.5cm

以上、よろしくお願いします。

No.3 ベストアンサー 回答者： tance 回答日時： 2012/11/20 15:37

ANo.1 tanceです。

例のようなデータのない放熱器の場合は、同等の大きさ・形状のものでデータのあるものから類推するとか、私の回答のような包絡体積から計算するしかありません。

もともと熱抵抗を精度良く知ったところで大した意味はありません。おおざっぱでも、安全率をかけて設計するのが一番良いと思います。周囲温度と言っても、部屋の温度と機器内部の温度では相当違うことがあります。ジャンクションの最高温度も私はできれば100℃で計算しますが、別な見方として、放熱器や半導体自身にさわって火傷しないこと、という縛りもあり得ます。

過去のQAは、単なるアルミの熱伝導だけを計算したものであり、放熱器としての一番大事な部分、つまり、空気への熱の電導については計算していません。間違いではなくても、大事な点を考慮していない、意味のない計算です。

この回答へのお礼

具体的でわかりやすい説明をしていただき非常に参考になりました。

ご回答いただいた内容をもとに放熱設計を見直してみます。
本当にありがとうございました。

お礼日時：2012/11/22 01:38

No.2 回答者： foomufoomu 回答日時： 2012/11/20 10:34

最初からカタログに熱抵抗が載っている場合もあります。

http://www.hitline.co.jp/p/4713157731623/
http://www.mizuden.co.jp/standard.html

この回答へのお礼

おっしゃる通り初めから記載があればいいんですが秋葉の部品屋ではスペック記載のないものが沢山あるのでそういった場合にどうしたらいいかと思い相談させていただきました。
言葉足らずで申し訳ありません。
選定時の一手段としてご紹介いただいたサイトも参考にさせていただきます。
ありがとうございました。

お礼日時：2012/11/20 14:04

No.1 回答者： tance 回答日時： 2012/11/20 09:23

半導体ケースからヒートシンクまでの熱抵抗が２℃/Wというのは本当ですか？ちょっと高すぎるように思います。

まあ、数値の大きさは確認してもらうとして、基本的計算方法は合っています。

ただ、大きな間違いがあります。（ヒートシンクの熱抵抗の計算結果がマイナスの場合、ヒートシンク不要）という部分は逆です。マイナスの場合は無限大の放熱器をつけても接合温度を規定温度以下に保つことができない、という意味になります。

金属平面の熱抵抗やフィンの付いた放熱器の熱抵抗を計算するのは大変難しいです。
理論計算ではなく、経験的に大きさと熱抵抗の関係が知られています。

たとえば、2mm厚のアルミ板の場合、片面の表面積をSとすると
Rθ = 1600 S^-0.6 +0.8
となります。（正方形の中心にて、無風、縦置き、面積は mm^2単位）

また、フィンのついたものは、その包絡線体積をVとすると、
Rθ = 11000 V^-0.67
で近似できます。（無風、体積はmm^3単位）

いずれも経験則なので、条件や寸法などで変わります。

この回答への補足

ご回答ありがとうございます。
間違いを教えていただき助かりました。
かなり勘違いしていました。
熱抵抗が低いほど放熱に優れているんだからマイナス値になった場合は物理的に無理。
(消費電力×熱抵抗)+周辺温度<ジャンクション定格のときは放熱不要ですね。

放熱器の熱抵抗の計算方法についてですが例えば下記のようにデータがない場合は
やはり経験等から推測し実際に測定するというような方法になるのでしょうか。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-05149/

ご回答くださった計算を調べていたら以下のようなQAがあったんですがこの計算は間違いですか。
http://okwave.jp/qa/q7439890.html

お手数ですが再度ご回答いただけると助かります。

補足日時：2012/11/20 14:00