電力消費計算機
半導体の放熱とジャンクション温度を計算します。ヒートシンク要件と熱管理を決定します。
計算機
この計算機の使い方
この消費電力計算機は、部品が過熱するかどうか、ヒートシンクが必要かどうかを 判断するのに役立ちます。消費電力と熱抵抗に基づいてジャンクション温度を計算します。
- パッケージプリセットを選択 — 一般的なパッケージの熱特性値でクイックスタート
- 部品タイプを選択 — リニアレギュレータ、MOSFET、BJT、または抵抗
- 電圧と電流を入力 — 回路条件に基づいて
- 熱抵抗を設定 — データシートから（θJC、θJA）
- ヒートシンクを有効化 — 使用する場合、θCSとヒートシンクのθSAを入力
- 計算をクリック — ジャンクション温度と熱的状態を取得
熱理論
熱は半導体のジャンクションから周囲の空気へ、一連の熱抵抗を通じて流れます。 この熱経路を理解することは、信頼性の高い設計に不可欠です。
熱モデル
熱の流れを電流のように考えてください：温度差は電圧のようなもの、 電力は電流のようなもの、熱抵抗は電気抵抗のようなものです。
主要な公式
熱抵抗チェーン
- θJC（ジャンクション-ケース間）：パッケージ内部、設計で固定
- θCS（ケース-ヒートシンク間）：インターフェース材料（サーマルグリス、パッド）
- θSA（ヒートシンク-周囲間）：静止空気中のヒートシンク性能
- θJA（ジャンクション-周囲間）：ヒートシンクなしの合計（データシートから）
パッケージ比較
| パッケージ | θJC (°C/W) | θJA (°C/W) | 最大電力* |
|---|---|---|---|
| TO-220 | 1.5 | 62 | 2W（ヒートシンクなし） |
| TO-263 (D2PAK) | 2.0 | 40 | 3W（PCB冷却） |
| TO-252 (DPAK) | 3.0 | 50 | 2.5W（PCB冷却） |
| SOT-223 | 15 | 80 | 1.5W |
| SOT-23 | 50 | 200 | 0.5W |
| QFN (5x5) | 2 | 30 | 4W（サーマルパッド付き） |
*25°C周囲温度、標準的なPCB実装での概算値
ヒートシンクの選択
ヒートシンクが必要な場合
- ジャンクション温度が最大定格の80%を超える
- 消費電力がパッケージの許容値を超える
- 高い周囲温度環境
- 高電力での連続動作
ヒートシンクのタイプ
| タイプ | θSA範囲 | 用途 |
|---|---|---|
| スタンプオン（小型フィン） | 20-40 °C/W | 1-3W, SOT-223 |
| 押出アルミ | 5-15 °C/W | 5-20W, TO-220 |
| 大型フィン | 1-5 °C/W | 20-50W |
| ファン冷却 | 0.5-2 °C/W | 50W+ |
サーマルインターフェース材料
部品とヒートシンク間のインターフェースは熱抵抗（θCS）を追加します：
- サーマルグリス：0.1-0.5 °C/W（最高性能）
- サーマルパッド：0.5-2.0 °C/W（便利、絶縁オプションあり）
- マイカ＋グリス：0.5-1.0 °C/W（電気的絶縁）
- 乾式取り付け：1-3 °C/W（非推奨）
よくある質問
安全な温度マージンとは？
最大ジャンクション温度より少なくとも20-30°C低くすることを目指してください。 これは周囲温度の変動や部品の経年劣化を考慮しています。 50°Cのマージンはミッションクリティカルなアプリケーションに優れた信頼性を提供します。
なぜリニアレギュレータがこんなに熱くなるのですか？
リニアレギュレータは電圧降下と電流に比例した電力を消費します。 12Vから5Vへのレギュレータで500mAの場合、(12-5) × 0.5 = 3.5Wを消費し、これはかなりの量です。 大きな電圧差や高電流の場合はスイッチングレギュレータを検討してください。
熱抵抗値はどこで見つけられますか？
部品のデータシートを確認してください。θJC（ジャンクション-ケース間）とθJA（ジャンクション-周囲間）を探してください。 θJAはヒートシンクなしの設計に有用です。ヒートシンク計算には、θJCに加えて ヒートシンクのθSA（ヒートシンク-周囲間）仕様が必要です。
PCBの銅は冷却に役立ちますか？
はい、大きく役立ちます。部品の下や周りの銅面積が大きいほど、 実効熱抵抗が減少します。サーマルパッド付きのSMDパッケージ（D2PAK、QFN）では、 十分な銅面積が不可欠です。サーマルビアを使用して内層に熱を分散させてください。