Teplo: jedna rovnice a tři čísla

Tohle je statická kopie kapitoly pro vyhledávače. Interaktivní verze má animované obrázky, kontrolní otázky a tlačítka, která příklad načtou do kalkulačky.

Cokoli, co spíná proud, se hřeje. Otázka, jestli to vydrží, má jednu rovnici a nemá druhou:

T_j = T_okolí + P · θ_JAa víc v tom není

Modrý sloupec je okolní teplota, oranžový je ohřátí. Přepínej pouzdra a sleduj, že měď je jediné, co se dá doopravdy změnit.

Tři čísla, z toho dvě se měnit nedají

člen	kdo ho určuje	dá se s ním hnout?
T_{j max}	výrobce, obvykle 125 nebo 150 °C	ne
T_okolí	kde ta deska bude	zřídka — a je to špatná zpráva, když ano
θ_JA	pouzdro a měď kolem něj	ano, a je to jediná páka

θ_JA není vlastnost pouzdra

Tohle je nejčastější omyl v celé kapitole. Číslo v katalogu platí na desce, kterou výrobce popsal — obvykle JEDEC dvouvrstvá nebo čtyřvrstvá s definovanou plochou mědi. Na skutečné desce může být dvakrát lepší i dvakrát horší. DPAK sám o sobě má kolem 90 K/W; se šesti centimetry čtverečními mědi kolem 50.

Prakticky to znamená: chlazení součástky v SMD pouzdře je návrh plošného spoje, ne výběr součástky. Je to táž měď, která vede proud (PcbLab), jen se na ni tady kouká jako na chladič. A protože teplo teče přes prokovy do spodní vrstvy, je počet prokovů pod pouzdrem číslo, které patří do výpočtu.

Dvě čísla, která se z rovnice dají otočit

Rovnice se dá číst třemi směry a všechny tři se hodí:

Jak teplý bude? T_j = T_a + P·θ — kontrola hotového návrhu.
Kolik výkonu se vejde? P_max = (T_{j max} − T_a)/θ — kolik proudu tou součástkou smí téct.
Jaký chladič? θ_potřebné = (T_{j max} − T_a)/P — kolik mědi nebo jaký chladič je potřeba.

Okolní teplota není pokojová

Uvnitř skříně rozvaděče bývá o 20 až 30 K víc než v místnosti, a to ustálené. Návrh na 25 °C, který má 30 K rezervu, je uvnitř skříně přesně na hraně — a v létě za ní. Kdo počítá tepelný návrh na pokojovou teplotu, počítá jinou desku.