방열판·접합부 온도 계산기

반도체가 얼마나 뜨거워지는지, 식히려면 무엇이 필요한지 계산합니다. 열은 실리콘에서 접합부-케이스(θJC), 방열 재료를 거치는 케이스-방열판(θCS), 방열판-공기(θSA)로 이어지는 열저항 사슬을 따라 빠져나갑니다. 각 열저항은 저항에 흐르는 전류가 전압을 올리듯 전력 × °C/W 값만큼 온도를 올립니다. 따라서 접합부 온도는 주변 온도에 전력 × 사슬 합계를 더한 값입니다.

도구는 이 사슬을 세 방향으로 계산합니다. 방열판을 주면 접합부·케이스·방열판 온도와 최대 접합부 온도까지 남은 여유를 돌려줍니다. 최대 접합부 온도를 주면 방열판이 가질 수 있는 가장 큰 θSA를 돌려주는데, 방열판 카탈로그에서 찾아야 할 값이 바로 이것입니다. 값이 작을수록 큰 방열판입니다. 모든 열저항을 주면 부품이 소비할 수 있는 최대 전력을 돌려줍니다. 방열판이 없으면 사슬 전체가 데이터시트의 θJA 하나로 대신됩니다.

전력은 직접 입력하거나 리니어 레귤레이터로 계산할 수 있습니다. 부하에 전달되지 않은 전력은 모두 열이 되므로 (Vin − Vout) × 부하 전류에 Vin에서 흐르는 대기 전류분을 더합니다. 12 V를 5 V로 낮추며 0.5 A를 흘리고 대기 전류가 5 mA인 7805는 약 3.56 W를 소비합니다. 방열판 없는 TO-220(θJA 약 50 °C/W)이 주변 40 °C에 있으면 접합부가 약 218 °C까지 오르려 해 한계를 한참 넘습니다. θJC = 5, 방열 그리스 0.5 °C/W, 10 °C/W 방열판을 쓰면 약 95 °C에서 안정됩니다. 전압 차가 클 때 보통 스위칭 레귤레이터가 더 나은 답인 이유입니다.

결과는 정상 상태 값입니다. 부품이 다 데워진 뒤의 온도이며, 케이스와 방열판의 열용량이 한동안 열을 흡수하는 짧은 펄스에는 해당하지 않습니다. 데이터시트의 θJA는 표준 시험 기판에서 측정한 값이라, 작은 기판, 밀폐된 케이스, 정체된 공기에서는 훨씬 나빠질 수 있습니다. 방열판의 θSA도 풍량과 방향에 따라 달라지고, 계면 열저항은 재료, 압력, 면의 평탄도에 따라 달라집니다. 실리콘의 정격 최대치는 보통 125 °C나 150 °C이며, 그보다 10~20 °C 낮게 여유를 두세요. °C/W와 K/W는 같은 단위입니다. 모든 계산은 브라우저에서 이루어집니다.