熱関係

電子回路の放熱対策(放熱グリス、シート編)(No.13) | ノイズ対策.com

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電子回路の放熱対策(放熱グリス、シート編)(No.13)

ヒートシンクを使用する場合に放熱グリスや放熱シートを
使用しますが、これは、半導体の表面、ヒートシンクの表面の
微妙なデコボコを埋めヒートシンクとの密着性を高め、
熱伝導の阻害となる空気を排除し熱伝導率を高める為に使用します。

したがって、
グリス等は薄く均等に塗布する事が重要となります。

グリスも一般的なシリコングリスから金属に近い特性のものまで、
多種となってきておりますが、熱伝導率を高める為、
金属粉などを混入したものは、導電性が高いものあるため、
塗布には注意が必要となります。

最近は、
部品もSMD、小型化し、基板実装も高密度化されているため、
ヒートシンクが付けられない状況にもなってきています。

その為、
ゲル状で厚みのある放熱シートや熱伝導シートを
部品や基板に貼り、放熱したり、
ゲル状の厚みのあるシートなどを基板とケースの隙間に挟み
放熱する方法も取られている場合もあります。


だんだん、基板から離れてきましたので、発熱に関しては、
今回で最後とさせて頂きますが、
発熱は、部品しいては製品の寿命に大きく関わりますので、
設計をなされるときは、発熱に関しても注目して頂ければと思いますし、
熱シュミレーションのご紹介も出来ますので、
ご興味のある方は、連絡を頂ければと思います。





電子回路の放熱対策(ヒートシンク編2)(No.12) | ノイズ対策.com

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電子回路の放熱対策(ヒートシンク編2)(No.12)

前回はヒートシンクの話をいたしましたが、
ヒートシンクの必要性としては、
半導体素子も電流が流れますと、熱が発生します。

この熱はやはり寿命に影響します。

一般的には、
ジャンクション温度が10℃上がるごとに寿命は半分になり、
そして、
175℃を超えると破壊されると言われています。

ジャンクション温度の目標は75〜85℃と言われています。

熱計算で上記を超えるようであれば、
ヒートシンクで冷却する必要性が出てきます。

また、
発熱が大きい場合は、ファン等での強制空冷の必要性が出てきますので、
半導体の選定時に余裕を持った特性の選定も重要となります。

ヒートシンクの色も、
黒色が(若干ですが)、放熱が良いと言ううわさも有ります。
 



電子回路の放熱対策(ヒートシンク編1)(No.11) | ノイズ対策.com

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電子回路の放熱対策(ヒートシンク編1)(No.11)


3端子レギュレータなどの半導体素子は、
半導体素子内に電流が流れると、
内部損失で熱が発生します。

内部損失による熱が接合部温度の
許容値を超えると、故障、破壊の原因となります。

内部損失で発生する熱を放出し、素子が安定して動作するように、
ヒートシンクを使用します。

ヒートシンクの選定に関しては、熱抵抗での計算結果より
求めることが多いようですし、ヒートシンクの性能表示にも
熱抵抗値(℃/W)で表示されている場合も有ります、
選定には、素子の熱抵抗値より、熱抵抗値の小さい
ヒートシンクから、選定する事となります。

最近は、3端子レギュレータ等も表面実装品が多い為、
ヒートシンクが取り付けられない場合もあります。

この場合は、プリント基板編での対応をとる必要性が出て来ます。
 



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電子回路の放熱対策(部品編6)(No.10)


今回は3端子レギュレータに関してです。

スイッチングレギュレータが多く使われる用になりましたが、
まだ、基板実装に関しては、
3端子レギュレータは多く使用されています。

これは、シンプルな回路で、手軽に電源回路を作れ、
リニア直列制御の為、
ノイズが少なく、安価である点が要因と思われます。


しかし、良いことばかりでは、ありません。

スイッチング電源と違い、変換効率が悪い為、
発熱しやすい構造であり、特に入力、出力の電圧差が大きくなると
それに、比例して、発熱量も増加して行きます。

その為、ヒートシンク等で、放熱をしないと動作しない状況となる。

例えば、入力電圧を12V、出力電圧/電流を5V/0.5Aと仮定した時、
損失(W)は入出力の電圧差に出力電流を掛けたものとなります。

損失(W):3.5Wとなります、7805のTO-220パッケージの場合、
ヒートシンクなしの場合、常温で2W弱程度です。

この場合は、ヒートシンクが必要となります。
 



電子回路の放熱対策(部品編5)(No.9) | ノイズ対策.com

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電子回路の放熱対策(部品編5)(No.9)

今回はLEDに関してです。

長寿命、低消費電力などで、従来の白色灯や蛍光灯に変わって
最近はLED照明が注目されて来ています。

ただし、白色灯や蛍光灯はエネルギー損失は大きいのですが、
その多くは赤外線、紫外線で、放射されてしまうため、
光源の発熱は少ない。

LEDは可視光で消費されたエネルギー以外はすべて熱に変わるため、
照明等に使用されるLEDでは、他の光源に比べ、
LEDパッケージは表面積が小さいため、対流や輻射による放熱が小さく、
熱的には厳しい状況にあります。

一般的な、LED照明の寿命を40,000時間以上を保障するためには、
LEDチップの接合部分(発光部)の温度を150℃以下に保つ必要があると
いわれています。


熱対策として、
LEDパッケージは表面積が小さいため、
対流や輻射による放熱が期待出来ない。

したがって、
実装される基板を介して熱伝導で放熱させる必要があり、
金属を使用した、メタルベース基板、メタルコア基板が使用されている。

また、ガラスエポキシ基板の熱伝導率を向上させた基板も出てきています。

熱伝導率No3,No4等での方法で、放熱効果を高める事も出来ると思います。

 



電子回路の放熱対策(部品編4)(No.8) | ノイズ対策.com

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電子回路の放熱対策(部品4)(No.8)

今回は抵抗器についてです。

抵抗器は抵抗と言われていますので、電力を加えることで、
発熱をします。

現状は多くの場合、実装される抵抗器は
SMD(面実装)品となっております。

SMD品はリード品と比べると、
リードもなく、小さく、片面が基板に隣接している為、
放熱は悪いと言われています。

通常、抵抗の消費電力は定格電力の50%ぐらいを
目安と言われています。

抵抗器の放熱対策としては、
下記のような項目があります。

 ・部品間隔を広げる

 ・パットサイズ、パターン幅を大きくして、パターンに熱を逃がす。

 ・長辺電極品に変更する、
  長辺側に電極を付けることで、発熱部から電極までの
  距離が短くなり、電極が大きく、長くなることで、
  パットサイズ、パターン幅が広くできパターンへ効率よく
  熱を伝達できる。

 ・銅箔を厚くする。



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電子回路の放熱対策(部品3)(No.7)

電解コンデンサ自体の発熱要因として、リップル電流の影響があり、
これは、アルミ電解コンデンサが他のコンデンサと比べ
等価直列抵抗(ESR)が大きい為、ワット損失による発熱が大きくなります。

また、電解コンデンサの等価直列抵抗は、周波数特性を持ち、
周波数が高くなると等価直列抵抗は小さくなります。

これらの影響による、発熱量等の計算式は、
コンデンサ製造メーカー様の技術資料に詳しく解説されております。


ただ、製造メーカ様、厳密には、熱電対などで、
実測されることを推奨しています。

外装の温度から、内部温度を推定する値等も掲載されています。

一般的には、外形が細いタイプが内部発熱は小さいようです。

同じ容量、耐圧であれば、外径の細いタイプが良いと思いますが、
高さは高くなると思いますので、高さ制限がある場合はご注意ください。



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電子回路の放熱対策(部品編2)(No.6)

前回、電解コンデンサの寿命に温度が特に影響すると述べましたが、
温度がどの程度、寿命に影響するかに関して、
よく使用されるのが、アレニウムの法則があります。

これは、使用環境の温度が、10℃下がると、
寿命が2倍になるという、”10℃2倍則”での
寿命算出に使用されています。

例えば、
アルミ電解コンデサの仕様で、
 105℃   2000時間である場合、

 95℃: 4000時間
 85℃: 8000時間
 75℃:16000時間

上記のように、10℃下がることで、寿命が2倍となっていきます。

したがって、
電解コンデンサを発熱部品の近くに配置することは、
寿命に大きく影響します。

また、電解コンデンサ自体の発熱要因としては、
リップル電流の影響があります。

これは、
アルミ電解コンデンサは他のコンデンサと比べ損失が大きいため、
リプル電流により内部発熱を起こします。

したがって、定格リップル電流以下で使用することが大事です。





電子回路の放熱対策(部品編1)(No.5) | ノイズ対策.com

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電子回路の放熱対策(部品編1)(No.5)

熱の影響で寿命が影響される部品として、
アルミ電解コンデサがあります。

電解コンデンサの寿命には、
温度、湿度、振動、印加電圧、リップル電流、充放電等がありますが、
温度が特に寿命に影響します。

電解コンデンサが他の受動部品に比べ寿命があるのは、
構造に起因しています。

電解コンデンサはアルミ箔の電極と絶縁紙を交互に重ねてロール状に巻き込み、
そして 絶縁紙には静電容量を増すための電解液を含浸させ、
これをアルミ筒に入れ、ゴムでパッキングします。

しかし、時間とともに、電解液がゴムパッキングに浸透し、
漏れていき、完全に抜けてしまうと、静電容量が大幅に低下します。

この状態をドライアップと呼び、寿命となります、
この現象は温度が高い程、急速に早まります。




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