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あるLEDメーカーのジャンクション温度計算方法を見ましたところ

Tj=Ts(接合温度)+LEDの熱抵抗×消費電力
Tj=Ta+Rth(j-a)×消費電力

この2パターンがありました。
LEDのジャンクション温度を算出したい場合どちらの式を使ったほうがいいのでしょうか?

この式を使用する上で、今わかっていることはLEDの熱抵抗、消費電力、LEDの熱抵抗、基板の熱抵抗(実測から算出)、ある周囲温度で測定した接合温度がわかってます。

よろしくお願いします。

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A 回答 (1件)

今晩は。



2つの式;


Tj=Ts(接合温度)+LEDの熱抵抗×消費電力   (1)   

Tj=Ta+Rth(j-a)×消費電力          (2)

がありますが、式(1)のTsは接合温度ではありません。接合という言葉は半導体ではjunction=チップ部を表します。Tsのsはsolder(半田)の意味です。つまりLEDの基盤に半田付けする端子部の意味になります。

式の意味は(1)は半田部の温度が分かっている場合に半田部とジャンクション間の熱抵抗 LEDの熱抵抗 を使ってジャンクション温度を求める式です。

(2)は周囲温度Taが分かっている場合にジャンクションと周囲温度の間の熱抵抗Rth(j-a)を使ってジャンクション温度を求める式です。

ジャンクションと周囲温度の間の熱抵抗Rth(j-a)はジャンクションと半田部間の熱抵抗Rth(j-s)と半田部と周囲温度間の鉄抵抗、つまり基板の熱抵抗Rth(s-a)の和になります。

したがって、式(2)を書き換えると、

 Tj=Ta + (Rth(j-s)+Rth(s-a))×消費電力    (3)

となります。この式(3)によりジャンクション温度を計算できます。
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Qジャンクション温度とは?

ジャンクション温度とはなんのことを言うのでしょうか?

調べてみると、ジャンクション温度とはチップの接合部温度のこと、とありました。
これはつまり、電子部品の表面温度ということで良いのでしょうか?
接合部とは電子部品と基板のことを指すのでしょうか?

よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

>これはつまり、電子部品の表面温度ということで良いのでしょうか?

違います。
半導体内部のリード線と半導体素子を構成する部材の接続部の温度です。
(例えばp or n接合部)
半導体の動作(寿命)を保証するために必要なデータです。

表面温度(℃)は、接合部温度(ジャンクション温度)から熱抵抗による温度勾配を持ちながら、表面に現れて来ます。
実際には、接合部温度を測ることはできませんから、表面温度(実測)と素子のデータ(熱抵抗)から、接合部温度を推算します。

例えば、熱損失が50Wあり(計算)、表面温度が100℃(実測)で、熱抵抗が1℃/W(データ)であれば、接合部温度は150℃、と推算されます。
接合部温度150℃は一般に半導体使用条件ぎりぎりの温度ですが、より大きい放熱板を付けることにより、同じ50Wでも、より表面温度を下げることができ、これは結果的に接合部温度を下げることになります。
下記をご参照ください。
http://as76.net/emv/hounetu.htm

参考URL:http://as76.net/emv/hounetu.htm

>これはつまり、電子部品の表面温度ということで良いのでしょうか?

違います。
半導体内部のリード線と半導体素子を構成する部材の接続部の温度です。
(例えばp or n接合部)
半導体の動作(寿命)を保証するために必要なデータです。

表面温度(℃)は、接合部温度(ジャンクション温度)から熱抵抗による温度勾配を持ちながら、表面に現れて来ます。
実際には、接合部温度を測ることはできませんから、表面温度(実測)と素子のデータ(熱抵抗)から、接合部温度を推算します。

例えば、熱損失が5...続きを読む

QLEDの熱抵抗測定

LEDの熱抵抗測定に関して教えてください。
ネットなどで検索をすると『ΔVFによる熱抵抗測定』とあります。
『1mAなど小さな電流でVF1を測定後、100mAなどの大きな電流でLEDを加熱し、その後もう一度1mAなど小さな電流でVF2を測定する。
ΔVF=VF1-VF2とし、この関係から熱抵抗を換算する。』とあります。
具体的には、どのような方法なのでしょうか?
熱抵抗を知るには、ケース温度と周囲温度、Pが必要だと理解しています。周囲温度とP(=VF測定×印加電流)は実際に測定するとして、
ケース温度を測定することはできません。
ΔVF=VF1-VF2の関係からどのように展開すれば、熱抵抗を知ることができるのでしょうか?
どなたか分かる方がいましたらお教えください。

Aベストアンサー

tanceです。

熱抵抗は1Wの電力を与えるとどのくらい温度上昇が起こるか、という
数値です。温度上昇を、加えた電力で割ったものです。
従って、 Rth=(Tj-Tc)/P のPは加えた電力です。

次に図を見てください。電流を1mA流して温度を恒温槽などでT1とT2の
二通りに変化させ、VF1とVF2を計っておきます。

この例だと、25℃の温度変化でVFは0.05V変化しています。温度が上がる
とVFが下がることが解ります。そして、1℃あたり
0.05V / 25℃ = 2mV / ℃
であることが解ります。つまり、自己発熱しない電流にて、LEDの温度を
変えてVFを計ることで、LEDが温度計として使えるようになった訳です。

1mA流れているときには1℃温度上昇するごとに2mV VFが減少することが
解ったわけです。

次はいよいよLEDを発熱させます。
大電流を流し十分温度が平衡状態になったころを見計らってVF3を
計ります。これは温度計としては使えない数値です。なぜなら1mAでは
ないからです。このVF3は発熱状態のときの電力Pを求めるために測定
します。

次に電流を1mAにします。つまり、温度計モードに入るわけです。
発熱で上昇した温度が下がらないうちに、素早くVF4を測定します。
このVF4は1mAでのVFですから、温度を求めるために測定します。

VF1とVF4からそのときの温度が計算できます。25℃のとき1.35Vで
Tx℃のとき1.26Vだということが解り、LEDは1℃あたり-2mV
であることが解っていますから、1.35V - 1.26V = 90mV のVF減少
は、90mV / 2mV = 45℃の温度上昇に当たることが解ります。

次は電力です。たとえば、IF3は100mAだったとして、VF3が1.38V
ですからLEDが消費していた電力は138mWだったことになります。

138mW与えて45℃温度上昇したわけですから 熱抵抗は
Rth=45 / 0.138 = 326℃/W として求めることができます。

tanceです。

熱抵抗は1Wの電力を与えるとどのくらい温度上昇が起こるか、という
数値です。温度上昇を、加えた電力で割ったものです。
従って、 Rth=(Tj-Tc)/P のPは加えた電力です。

次に図を見てください。電流を1mA流して温度を恒温槽などでT1とT2の
二通りに変化させ、VF1とVF2を計っておきます。

この例だと、25℃の温度変化でVFは0.05V変化しています。温度が上がる
とVFが下がることが解ります。そして、1℃あたり
0.05V / 25℃ = 2mV / ℃
であることが解ります。つまり、自己発熱しない電...続きを読む

Qヒートシンクの板厚は厚い方がいい?

3WパワーLEDのヒートシンクの代わりにアルミ板を使用したいのですが、そこで質問です。

同じ面積のアルミ板であれば、板厚は厚いほうがいいのでしょうか?

板厚1.2mm、1.5mm、2.0mmの3種類があり、どの板厚が適しているのか迷っています。

宜しくお願いします。

Aベストアンサー

ヒートシンクの放熱能力は ℃/W すなわち熱抵抗で表されます。

 放熱フィンの無いヒートシンクの場合、放熱能力はその体積Hv(cm3)で決まります。そしてHvが大きければ大きいほど放熱能力は高くなります。すなわち、熱抵抗は小さくなります。面積が同じで厚みが異なる場合は厚みが厚いほど体積Hvは大きくなりますので、厚みが厚くなるほど放熱能力は高くなります。
 従って、この場合厚みが一番大きい2mmのアルミ板が一番放熱能力が高いと言うことになります。

 アルミの場合のヒートシンク体積 Hv(cm3) と熱抵抗(ヒートシンクと周辺の空気の間の)Rh-a(℃/W)は以下の様な関係がある(某大手ヒートシンクメーカの資料より)といわれてます。その関係は

  Rh-a={10^(-2/3)}×log10{Hv(cm3)/1150}    (1)

と言う式で表されます。この式を使って3種類のアルミ板の熱抵抗 Rh-a を計算すると、

 t=1.2mm:  Rh-a={10^(-2/3)}×log10{10×10×0.12(cm3)/1150}=20.9 (℃/W)
   1.5mm:  Rh-a=18.1 (℃/W)
   2mm:   Rh-a=14.9 (℃/W)

と計算されます。

 また、3WのLEDチップのジャンクションの最大許容温度は100度が普通です。そして、LEDのチップ-ヒートシンク接合面間の熱抵抗 Rj-c はデータシートにはなかなか載ってませんので、推定で少し悪目に見積もって 5(℃/W)程度に見積もります。また、LEDを使用する環境の最大温度 Tamax を仮に50℃ とします。
 まず、この条件から放熱に必要なLEDチップのジャンクション温度 Tj と周囲温度 Ta 間の熱抵抗 Rj-a を計算します。

   Rj-a(℃/W)=(100℃-50℃)/3W=16.66(℃/W)   (2)

と計算されます。ここで、ヒートシンクの熱抵抗を Rh-a として、Rj-a は

   Rj-a(℃/W)=Rj-c(℃/W)+ Rh-a(℃/W)   (3)

という関係がありますので、 Rh-a は

  Rh-a(℃/W)=Rj-a(℃/W)- Rj-c(℃/W)  (4)

で求められますので、この式(4)に Rj-a(℃/W)=16.66(℃/W)、Rj-c(℃/W)=5(℃/W)を代入して、 Rh-a(℃/W) を求めると、

  Rh-a(℃/W)=16.66(℃/W)- 5(℃/W)=11.66(℃/W)

と求まります。この値は2mm厚のアルミ板の熱抵抗 Rh-a=14.9 (℃/W)では少し足りませんが、Rj-c(℃/W)の値を少し大きめに見積もったのでギリギリで周囲温度50℃程度まで放熱が十分と見てよいでしょう。

  

ヒートシンクの放熱能力は ℃/W すなわち熱抵抗で表されます。

 放熱フィンの無いヒートシンクの場合、放熱能力はその体積Hv(cm3)で決まります。そしてHvが大きければ大きいほど放熱能力は高くなります。すなわち、熱抵抗は小さくなります。面積が同じで厚みが異なる場合は厚みが厚いほど体積Hvは大きくなりますので、厚みが厚くなるほど放熱能力は高くなります。
 従って、この場合厚みが一番大きい2mmのアルミ板が一番放熱能力が高いと言うことになります。

 アルミの場合のヒートシンク体積 Hv(cm3)...続きを読む

Qダイオードの温度特性について

ダイオードは温度が高くなると、順方向電圧Vdが小さくなる特性を持ち、その傾きは-2mV/℃といわれています。

トランジスタ設計の本や関連HPを見るとダイオードの特性は下記の式になっていますが、
下記の値を入れて計算すると絶対温度Tが上昇するとVdも上昇する式になってしまいます。
どうしてでしょうか?

Vd = ((K*T)/q)*ln(Id/Is)
  = 1.785e-3*T

K:ボルツマン定数=1.38e-23[J/K]
q:電子の電荷:=1.602e-19[c]
Id:順方向電流=1e-3[A]
Is:飽和電流=1e-14[A]
T:絶対温度

Aベストアンサー

 
 
 以下、Vd,Id の d は省略します、 (q*V/(k*T)) などは (qV/kT) と略記します、 温度Tは300Kとします。


>> トランジスタ設計の本や関連HPを見るとダイオードの特性は下記の式になっていますが、
Vd = ((K*T)/q)*ln(Id/Is)
<<


 ここはぜひ、その式の元の形である
  I = Is・exp(qV/kT) …(1)
の式で覚えてください。半導体の理論は根底が exp(エネルギ/熱エネルギ) という関数から出発してるので、この形で慣れておけば 将来ともお得です。
 で、
Is 自体も exp(-Eg/kT) 的な電流です。 Egはシリコンのバンドギャップエネルギ、kTは温度Tの熱エネルギです。 Is の成分の詳細説明は専門書にゆずるとして、大局的には
  Is = A・exp(-Eg/kT) …(2)
と書けます。
係数 A は今は定数とします。(2)を(1)に入れると、
  I = A・exp(-Eg/kT)・exp(qV/kT) …(3)
両辺をAで割って 両辺を対数取って V=の形にすると、
  V = (1/q){ kT・ln(I/A)+Eg } …(4)
あなたが載せたVdの式より 少し詳しく求まりました。


 さて、
温度係数の定義は 『Tだけが変化する』 です。そのとき I は(何らかの手段で)一定に保たれてるとします。すると(4)式はT以外すべて定数となるので単純に微分できて、
  ∂V/∂T = (1/q)k・ln(I/A) …(5)
これが疑問への答です。これに(3)式を入れると、
  ∂V/∂T = (1/T){ V-Eg/q } …(6)
温度とバンドギャップと電子電荷だけの式になりました。Eg/q は次元が電圧で、バンドギャップ電圧と呼ばれたりします、その値はシリコンで約 1.11[V] です、この機会に暗記しましょう。(6)式を言葉で書くと

  温度係数=(順電圧-1.11 )÷温度 …(7)
  温度300k,順電圧 0.65V のとき、-1.5 mV/K ほど。
  温度300k,順電圧 0.51V のとき、-2 mV/K ほど。

変動は、電流が小さいほど(=順電圧が小さいほど)□□く、高温ほど□□いんですね。このように 使用温度、使用電流、品種、製造ロットによって変わるものなのだ、と覚えてください。



 余談;
詳しく言えば切りがないのですが、 Egそのものも温度Tの関数です。係数Aは回路シミュレータでは温度の3乗がよく使われます。SI単位系に慣れましょう。
それから、他人が書いた式を眺めてるだけでは自分の力が付きません、ぜひ式変形を自分の手で最後までやってみましょう。
 
 

 
 
 以下、Vd,Id の d は省略します、 (q*V/(k*T)) などは (qV/kT) と略記します、 温度Tは300Kとします。


>> トランジスタ設計の本や関連HPを見るとダイオードの特性は下記の式になっていますが、
Vd = ((K*T)/q)*ln(Id/Is)
<<


 ここはぜひ、その式の元の形である
  I = Is・exp(qV/kT) …(1)
の式で覚えてください。半導体の理論は根底が exp(エネルギ/熱エネルギ) という関数から出発してるので、この形で慣れておけば 将来ともお得です。
 で、
Is 自体も exp(-Eg/kT) 的な電流...続きを読む

QNをkgに換算するには?

ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?一応断面積は40mm^2です。
1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?
ただ、式の意味がイマイチ理解できないので解説付きでご回答頂けると幸いです。
どなたか、わかる方よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kgfです。

重力は万有引力の一種ですから、おもりにも試験片にも、地球からの重力はかかります。
しかし、試験片の片方が固定されているため、見かけ、無重力で、試験片だけに40kgfの力だけがかかっているのと同じ状況になります。

試験片にかかる引っ張り力は、

40kgf = 40kg×重力加速度
 = 40kg×9.8m/s^2
 = だいたい400N

あるいは、
102グラム(0.102kg)の物体にかかる重力が1Nなので、
40kg ÷ 0.102kg/N = だいたい400N


>>>1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?

いえ。
1kgf = 9.8N
ですね。


>>>一応断面積は40mm^2です。

力だけでなく、引っ張り応力を求めたいのでしょうか。
そうであれば、400Nを断面積で割るだけです。
400N/40mm^2 = 10N/mm^2 = 10^7 N/m^2
1N/m^2 の応力、圧力を1Pa(パスカル)と言いますから、
10^7 Pa (1千万パスカル) ですね。

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kg...続きを読む

Qワットをルーメンに換算すると?

お願いします。

ワットをルーメンに換算?すると何ルーメン必要なのか教えてください。

40Wだと、何ルーメン必要なのか?60Wだと?80W、100Wだと?

詳しい換算表などのサイトを探したのですが、見つかりませんでした。

お詳しい方、教えてください。

お願い致します。

Aベストアンサー

20W-170lm 30W-325lm 40W-485lm 60W-810lm 100W-1520lm 日本電球工業会の資料より。数値はE26口金一般電球の場合。
ずいぶん前の新聞の記事にありました。
お役に立つかどうか。

日本電球工業会のHPに同様な記載があります。
http://www.jelma.or.jp/05tisiki/pdf/shoumeiYougo_tan-i.pdf

Q熱抵抗の単位換算

以下のURLのページに、式1として熱抵抗の計算式が記載されており、図3に銅の熱抵抗の計算結果が示されているのですが、計算に使われていると思われる図2の熱伝導率の単位と式1の熱伝導率の単位が異なっています。

http://focus.tij.co.jp/jp/analog/docs/analogsplash.tsp?contentId=49908

逆算すると
403W/mK=0.9W/cm℃
になるかと思うのですが、変換方法がわかりません。
単純に、W/cm℃の数値に447.8をかけるとW/mKになりますが、変換方法としてあっていますでしょうか?
ご存知の方いらっしゃいましたら回答お願いいたします。

Aベストアンサー

センチメートルとメートルの変換で、100倍すればよいというのは回答1の通り。

> 図3の銅の条件欄にt=0.035mm、2.54cm2(面積=W・L)が記載されていました

となりの図からすると、これはおそらく「1平方インチ」=2.54cm×2.54cm=6.45cm2 の翻訳ミスでしょう。
あと、この部分の計算に「W/cm℃」の出番はないですね。

熱抵抗は単純に「長さ÷断面積÷熱伝導率」という計算で算出できます。
銅の熱伝導率403W/mK、長さ0.035mm、断面積1平方インチ、で計算すると、
0.035mm÷6.45cm2÷403W/mK
= 0.000035m ÷ 0.000645m2 ÷403W/mK
= 0.00013K/W

という計算になります。
0.00015にならないのはなぜだかわかりませんが、他にもどこかに数値の違いがあるのかもしれません。

Q色度(x,y)をスペクトルデータから計算したいです。

色度(x,y)をスペクトルデータから計算したいです。
任意のスペクトルデータを入力し色度(x,y)を計算したいです。
EXCELやフリーのソフトで、その様なことができるものはありますか?

Aベストアンサー

もしマクロの作り方が分からなければ以下の手順を参考にしてください。
【マクロの作成方法】
   (1) Excelワークシートを新規に作成し、ALTキーを押しながら F8 キーを押す
   (2) マクロ名の欄に適当なマクロ名(xy など)を書いて「作成」をクリック
   (3) Visual Basicの編集画面の Sub マクロ名() と End Sub の間にコードを貼り付ける(回答No.2ののプログラムの Sub xy() と End Sub の間の文章を コピー&ペースト すれば良い)
   (4) 編集画面を閉じる(ALT+Q)

【マクロの実行方法】
実行する前にワークシートのセルに必要なデータが書き込まれていないとエラーになります
   (1) Excelワークシートに戻り、ALTキーを押しながら F8 キーを押す
   (2) 作成したマクロ名を選んで「実行」をクリック

【マクロの内容の変更方法】
   (1) ALTキーを押しながら F8 キーを押す
   (2) 作成したマクロ名を選んで「編集」をクリック
   (3) 内容を変更する(編集画面のままでF5キーを押すと変更されたマクロが実行されます)

【セキュリティレベルの変更】
マクロを含むExcelファイルを開くとき、セキュリティレベルによってはマクロが実行できない場合があります。その場合、以下の手順でセキュリティレベルを変更してください。
(Excel 2003の場合)
   新規にワークシートを作成して、ツールバーの「ツール」→「オプション」→「セキュリティー」タブ→「マクロセキュリティー」→セキュリティーレベルの「中」または「低」の選択→OK→OK→Excel終了→マクロを含むExcelファイルを開く
(Excel 2007の場合)
   新規にワークシートを作成して、左上隅の丸(Officeボタン)をクリック→下端の「Excelのオプション」を選択→左側の「セキュリティーセンター」を選択→右下の「セキュリティーセンターの設定」をクリック→左側の「マクロの設定」をクリック→「すべてのマクロを有効にする」を選択→OK→OK→Excelの終了(保存しない)→マクロを含むExcelファイルを開く

もしマクロの作り方が分からなければ以下の手順を参考にしてください。
【マクロの作成方法】
   (1) Excelワークシートを新規に作成し、ALTキーを押しながら F8 キーを押す
   (2) マクロ名の欄に適当なマクロ名(xy など)を書いて「作成」をクリック
   (3) Visual Basicの編集画面の Sub マクロ名() と End Sub の間にコードを貼り付ける(回答No.2ののプログラムの Sub xy() と End Sub の間の文章を コピー&ペースト すれば良い)
   (4) 編集画面を閉じる(ALT+Q)

【マクロの実行方法】...続きを読む

Qレジストとは何ですか?

基板に何らかの方法で印刷してある緑色をしたモノを
言うと思っているんですが、レジストとは本当は何ですか?

Aベストアンサー

 [レジストインキは、エレクトロニクスの心臓部で活躍するプリント配線板を正しく機能させるために使用されるものです。レジストには抵抗する、耐えるといった意味があり、ほこりや熱、湿度などから回路を保護すると同時に、絶縁体としての機能があります。]
ということですが、説明するより参考URLを見たほうがわかりやすいですね。

参考まで
http://www.taiyoink.co.jp/pages/ink.html

Q熱抵抗と厚さ

熱抵抗の考え方についての勘違いがあるようです。
熱抵抗を求める式として、
熱抵抗R = 長さL/(断面積A×熱伝導率λ)
という式がありますが、この式から考えると長さ(厚さ)が薄い方が
熱抵抗が小さくなると思います。
しかし、放熱器によく使うアルミ板はより厚い方が熱抵抗が小さいようです。
アルミ板については上記式は当てはまらないということでしょうか?
お願いします。

Aベストアンサー

#1です。
>熱源(熱抵抗値有)→グリス(熱抵抗値有)→アルミ(断面積107cm2、厚さt=5mm)→放熱ゴム(熱抵抗値有)→アルミ(大型)
上記の場合は、実際に温度を測定する以外は熱抵抗値を求めることはできませんか?

 論理的にはできます。
 後は、誤差と計算力の問題になると思います。
参考まで
 誤差について:
 1 グリスの厚み(両方の面精度などにより厚みは一定ではない)
 2 放熱ゴムの熱抵抗(締め付け圧でのばらつき)
 計算の難しさについて:
 1 熱は放射状に広がっていくのでそれをどのように計算できるか
 2 上記のときに熱抵抗の違うものが多層になっているので、
   計算は複雑となる。

 実測の方が楽で確実な気がします。
   

 


 


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