導入
要素の熱伝導抵抗(伝導熱抵抗とも呼ばれます) は、熱伝導流の通過に対する抵抗を表します。この抵抗は固体だけでなく、不動の流体 (液体または気体) にも当てはまります。国際単位系では、ワットあたりのケルビン(K/W) または °C/W で表されます。この概念は、定常領域、つまり熱四重極のより複雑な概念を使用する過渡領域でのみ有効です。その逆数が熱コンダクタンスです。
表現
熱伝導抵抗は、2 つの等温面間の熱流とこれら 2 つの等温面の温度の関数として表されます。
熱伝導抵抗に応じて、熱の流れは次のように表されます。
したがって、同じ温度差の場合、熱抵抗が大きいほど、物体を通過する熱量は少なくなります。したがって、断熱材は大きな熱伝導抵抗を持つ物体です。
熱抵抗は等温面に関連して定義されます。これらの表面の形状は、熱伝導が発生するオブジェクトの形状によって異なります。通常のさまざまな特殊なケースを説明できます。
平面
等温線は平らで平行な表面であり、これはたとえば家の壁の場合です。厚さe (m 単位)、表面S (m 2単位)、熱伝導率K (W m -1 K -1 単位) の要素の熱伝導抵抗R は次のとおりです。
熱抵抗は K・W -1で表されます。
この式は、要素の寸法(長さ、幅) がその厚さに比べて非常に大きいと仮定することにより、エッジ効果を無視しています (
円筒面
等温線は同心の円柱であり、これはたとえばパイプ、パイプなどの場合に当てはまります。長さl 、内半径R 2 、外半径R 1の円筒要素の熱伝導抵抗R は次のとおりです。
S = 2π lの場合
建物内
建築の分野では、材料(断熱材など) の固有の、つまり露出した表面を考慮しない熱抵抗の定義を見つけることができます。
または ：
- e は厚さ (m)
- λは熱伝導率 (単位: WK -1 m -1)
- R c d (または単に R) は、m 2 .K/W 単位の熱抵抗です。
材料の熱抵抗は、フランスの RT 2005 などの熱規制で使用されることがあります。ただし、この量は、製品の実装も考慮した熱伝達係数U を優先して徐々に放棄されています。
エレクトロニクス分野
パワー半導体素子は通常、ダイオード、サイリスタ、トライアック、GTO のアノード – カソード接合、またはバイポーラ トランジスタや IGBT のコレクタ – エミッタ、またはドレイン – カソード接合で生成されたエネルギーの排出を促進することを目的としたヒートシンク (または冷却器) に取り付けられます。 MOSFETのソース。この場合、ジャンクションと周囲空気の間の熱抵抗は、次の 3 つの熱抵抗の合計になります。
ジャンクションからケースまでの熱抵抗
メーカーの仕様書に記載されています。一般的なエンクロージャのタイプに応じた熱抵抗の桁数を次に示します。
- 小型の円筒形、プラスチックまたは金属製のボックス (TO-39 / TO-5、TO-92、TO-18): 20 ～ 175 K/W ;
- 平らなプラスチック中間ボックス (TO-220、TO-126/SOT-32): 0.6 ～ 6 K/Wの間。
- パワーコンポーネントの中型エンクロージャ、プラスチックまたは金属 (ISOTOP、TO-247、TOP-3、TO-3): 0.2 ～ 2 K/W 。
- モジュール式パワーコンポーネントパッケージ: 0.01 ～ 0.5 K/W 。
ジャンクションとハウジング間の熱伝達は主に伝導によって行われます。
ハウジング-ヒートシンク間の熱抵抗
素子とヒートシンクの接触面や電気絶縁体の有無により異なります。ケースとヒートシンク間の熱伝達は、基本的に伝導によって行われます。たとえば、TO-3 パッケージの場合: 絶縁なし、乾燥: 0.25 K/W ;絶縁体なし、シリコングリース付き : 0.15 K/W ; 50 µmマイカ絶縁体およびシリコン グリース付き: 0.35 K/W 。
ヒートシンクと周囲の熱抵抗
