カンタンな熱計算のやり方（２）ヒートシンクをつけた時

前回は、ヒートシンクなしの場合の熱計算をやりました。今回は、ヒートシンクを取り付けた場合について、考えていきます。

（計算フォームはこちら　→　熱計算（ヒートシンクなし・あり））

ヒートシンクを取り付けた場合の熱計算

ヒートシンクをつけた場合の概念図と熱回路はこのようになります。

半導体素子の接合部からケースまでの熱抵抗がRth(j-c)、ケースからヒートシンクまで（グリスや放熱シートなど）の熱抵抗がRth(c-h)、ヒートシンクから外気までの熱抵抗がRth(h-a)です。これらが全て直列に接続された形になります。

[例]NJM78M05FAで実際に計算してみる

前回の例で使用した「NJM78M05FA」に、ヒートシンクを取り付けたときの許容損失を計算してみます。想定回路は前回同様です。

step1：ジャンクション温度を決める

ジャンクション温度は前回同様に、150℃×0.8＝120℃とします。

step2：外気温度を決める

外気温度も、前回と同じく50℃とします。

step3：熱抵抗を調べる

3-1：Rth(j-c)を調べる

NJM78M05FAのデータシートから調べます。

ヒートシンクを用いて使用するときの熱抵抗は「接合部-ケース間熱抵抗」で計算するため、7[℃/W]の値を採用します。

3-2：Rth(c-h)を調べる

今回は、三端子レギュレータとヒートシンクとの間には放熱シート「CW-3」を使うと想定します。CW-3は秋月で入手可能（\20）です。

秋月の販売サイトを見ると、熱抵抗が0.36[℃/W]と小さい。と思いきや、よくよく調べてみると、そうでもないような...？

データシートを見ると、熱抵抗：0.39[℃/W]（←0.36じゃない！）は"代表特性"となっていて、どの値なのかいまいちよく分からず...（秋月販売サイト上ではTO-220サイズもTO-3PFも0.36[℃/W]と書いてある）。ここでは、そのデータシートに載っていたサーコンTRの熱伝導率から算出した熱抵抗値1.65[℃/W]を使うことにします。

熱伝導率と熱抵抗のお話は後日する予定です。

3-3：Rth(h-a)を調べる

ヒートシンクには、16×25×16mmサイズのグローバル電子「16PB017-01025」を使うとします。データシートより熱抵抗を調べると、

熱抵抗は20.0[℃/W]と分かります。（グラフを見ると、熱が小さい時にはもう少し熱抵抗が大きいが、とりあえず概算なのでこの値を使うとする）

使いたいヒートシンクに、熱抵抗の記載がなかった場合は、似た大きさで熱抵抗が記載されているものを探して、その値を使うか、こちら（https://as76.net/emv/hounetu.php）のサイトにあるようなグラフから値を出します。

step4：許容損失を計算する

必要な値をそろえたので、許容損失を求めていきます。

熱回路のオームの法則より

よって、ジャンクション温度120℃、外気50℃とした場合の許容損失はおよそ2.44Wと求まりました。

これよりも大きな損失が見込まれる場合には、よりRth(c-h)の小さい放熱シート（またはグリス）を使用するか、ヒートシンクを大きくしてRth(h-a)を下げる必要があります。