お世話になります、パワーデバイス（トランジスタ等）に放熱板を付けたいのですが、データシートから見てどのように計算するのでしょうか？すでに経験されたかたがいらしゃったらアドバイスをお願いしたいのですが、
IKUZOさんこんにちは、NAKAです。
放熱板を作ると、熱抵抗とかを計測評価しないといけないと思いますけど、材料とか、構造-熱解析の方法を知りたいのでしょうか？NAKAは、市販のデータが載っているヒートシンクしか使う程度の事しか考えたことないです。あるいそのヒートシンクより十分に大きなアルミ板をつけるとか金属筐体につけるとか......汗）
最高周囲温度が50℃で、あるトランジスタのTjが150℃でトランジスタの損失が1Wで、放熱グリスの熱抵抗が0.2℃/Wの時、((150-50)/1)-0.2=99.8℃/Wにマージンを加えてヒートシンクメーカのカタログから選ぶくらいです。自然対流なのか強制的にファンで冷やすのか？(熱抵抗-風速特性などのデータが必要かも)とかヒートシンクの向きによる熱抵抗の違い等、ヒートシンクメーカにデータをもらって検討することが必要になってくるので、結局マージンをどれだけとるかなのか？なのかもしれませんね。
楽しそうなことやってますね。
まず、パワーデバイスが何W発熱するか想定すると、それに見合う熱抵抗からヒートシンクに必要な性能が見積もれると思います。 わたしもNAKAさん同様市販品を使うことが多いですね。
自作する場合はアルミ表面に油性マジックで色をつけたり、アルマイト塗装しないと赤外放熱分が稼げないので、アルミむき出し状態は避けたいですね。
あと、流体力学が得意な人にレイノルド数を計算してもらえば、ヒートシンクの構造から空気の粘度による自然対流への影響なんかも計算することができますよ。
一般的に自然対流の場合は空気の粘度による影響を減らすためフィンの間隔を広げて(5mm程度以上)、 強制冷却ならフィンの間隔を2mmくらいまで狭くすることで冷却能力を稼ぐことができます。
チョコさんいつもアドバイスありがとうございます
うちの社長にも転送しておきました、
kijoさん＜２ミリ厚で１００ミリ×１００ミリ等＞納得です、追加で放熱したい場合に覚えておきます
おつしゃるように、インターネットで今十分な情報があるのでしょう、努力不足なのでしょうか、とりあえず投稿いたしました。
いろいろこのスレッドでアドバイス受けていると、方向性というか、筋というのが見えてきて、失敗しないのはどの方向かというのが分かって来ますので、感謝しております。＜ある程度の計算＞ワット数がわかると後はジュールの法則でしょうか、
やまさんお世話になっています、www.picfun.com/heatsink.htmlは拝見いたしまして、参考にさせていただきました
＜またアルミむき出しの怖い経験ですが、電源を修理するときに、電源を切って数分たって、プラスドライバで放熱板を外そうとして、一瞬 アース側のマイナス端子触れたようで、火花が飛びました。一次側のコンデンサに電荷が残っており、FETのソースとドレインを短絡し、電源の制御ICとFETが壊れ、電流制限抵抗が断線しました。＞
おっしゃるとうりです、マイカ等で絶縁しないとなにかでショートしてあぶないことになりそうです。
lumiheart さん
＜趣味での話なら＞家では趣味でアンプ等やっています、＜直感的な発熱量は負荷の概ね１割～２割と見積もる
つまり４００ｗなら概ね４０ｗ～８０ｗ位＞わかりました、Ａ級のものをつくろうとしたのですが発熱量が多くなり、あきらめたことがあります、＜趣味での話なら＞自分だけの問題ですので気楽ですね、＜趣味での話なら＞放熱で失敗したことはないのですが、つまりあまり負荷を多くすると危ないというのが分かっていて、そんな使い方はしないのですが、顧客は小さいワットでうまくいったので、大きいものも大丈夫と思うようで、後で修理を受けてみると、パワーデバイスが熱で損傷しています。
fujita nozomu さん、なるほど黒がいいんですね、放熱板に黒が多いのがなぜかと思っていました、塗装すると良くないという通説に、黒は例外なのですね、基板パターンで放熱する場合も黒がいいのでしょうか？
IKUZOさん
古い投稿に色についての記事がありましたけれども、白よりは黒が良いみたいですね。 「放熱版の色の効果は？」
赤外放射分は放熱の半分程度占めていて、白だと黒よりも10%程度性能が悪くなりそうですね。 空気に接する部分は、塗装の厚みが薄いので、レジストや塗装の熱抵抗は無視できると思います。 (ヒートシンクとパッケージモールド間は金属剥き出しがいいですけれども、)
単純計算だと、表面が100℃の100mm角のアルミ板を筐体内にいれると、対流放熱で8W、赤外放射で10W(アルミ剥き出しだと3W)くらいでしょうか。フィンとか形が付くと計算めんどうなので専用ツールがいいかもしれませんね。
Kirinさん
塗装ではなく黒色アルマイトと白色アルマイトの差です。
塗装ではないので黒色アルマイト処理にほうが良いです。
ベルウッドさん
ご指摘ありがとうございます。メッキといったほうがよかったですね。
でも、こんなところでベルウッドさんと絡めて、ちょっと嬉しいですね♡
差し出がましくてすみません。
昔、自作PCの放熱で熱抵抗を下げるのにさんざん苦労したのでつい口が出てしまいました。
IKUZOさん。以下の話は私の理解が誤っているかもしれません。
私が言いたいのは、かふぇルネに投稿前にインターネットで検索ではなく、インターネットには、前提を隠していたり、すべて間違っているような情報も多いので、多くを見て、できれば自分で検証しないと危険だと言うことです。しかし、かふぇルネを含めてきっかけとしては非常に有効です。従って、この件に関してはキーワードの書き込みに留めておきました。
また、「・・・アンプの・・・直感的な発熱量は負荷の概ね１割～２割と見積もる」はおそらく間違えで、lumiheartさんも１割～２割と見積もるのはアンプではなくトライアックのこととして書かれてます。オーディオアンプの効率はA級で20%、AB級で50%、D級で85%あたりと聞きます。RF(VHFのSSB)アンプだと50％程度の効率です。放熱板が必要なアンプは、バイポーラTRのAB級アンプ、カマデンのTA2020(トライパス社)KIT、三菱のRFパワーモジュールなどに手を出したことがあります。RFパワーモジュールは、出力10Wとすれば出力と同じ10Wが熱になってしまいます。実際には、ドライバと2段なのでもう少し熱が出るはずです。
ベルウッドさん。プロセッサのパッケージ磨きとかされたんですか？ヒートシンクとの密着性が良くなり劇的に放熱が良くなると聞いたことがあるのですが、やったこともないのに私はその効果を疑ってます。本当のところはどうなんでしょうか？
もしかして↓の手の話？
audio-heritage.jp/.../ka-9900.html
それともコッチ？
www.marutsu.co.jp/.../6958
私的には後者での話なんですが
それほど音質とか性能とかには拘らず、取り敢えず鳴ればいいや程度の
前者のタイプを自作するスキルが有るならこんな低レベルな質問にはならないでしょうし
Kirinさん「放熱版の色の効果は？」の古い投稿を拝見しました、黒の方が良いということで納得しました、際立って改善されるということでも無いようです、ベルウッドさん自作PCの放熱で苦労されたとか、確かにＣＰＵの放熱板を見るとフィンがこれでもかというほどたくさん付いていてこんな形もあったんだなというぐらい奇妙なものもありますね、ＣＰＵの放熱器の場合は黒は少ないように思いました、kijoさんいつもアドバイスありがとうございます、取り違えは良くありますのでお許しください、
lumiheartさん趣味でオーディオ等されているのですか？ほんに低レベルなんですけども「手でさわったらわかるやん」で終わらせたくなかったのです、今回は趣味のお話しではなく、基板設計のお話しの中での放熱器の設計について考えておくべきことを知るために「放熱板の作り方」等と致しました誤解を招くようなタイトルでしたかもしれませんね、実は基板設計してるのですが、トライアックに限らず3.3VのLDO等基板設計するときに、これまでの経験でこれぐらいというよりは余ったパターンで放熱するというようなことをやってまして、皆さんも制御基板のパターンを利用して放熱しているような基板を見られたことがあると思います、それでもう一つ知りたかったのが、本当に基板のパターンを利用して放熱するというのは推奨されますか？ということでして、基板のパターンで放熱すると基板が熱で収縮しますのでパターンの断線とかならないかと、しかし昨今のパワーデバイスが放熱フィンを基板に半田して放熱させるものがとても多いので、今のところパターンを利用して放熱することはやっていかざるを得ないので、何か注意点がございましたらよろしくお願いします。
IKUZOさん 放熱板の問題ではないのですが、0.5Wや1W程度のチップ部品のパターンの不具合例を紹介します。表示灯の電流を制限する目的の抵抗で以下の問題が出ました。この抵抗は1時間程度、負荷がかかって発熱し、1時間程度冷えて、これを繰り返していました。このような動作の場合はチップ部品の放熱環境に十分なマージンを持たないと、ハンダ付け部分の収縮膨張で物理的なストレスがかかり、数年でパターンが断線することがあります。連続的に加熱される場合は問題は出ません。電力部品はディスクリートの部品の方が熱的には問題は少ないです。
私のはヒートシンクなどの機構部品は組み立て費が掛かるので基板に放熱するような設計が多いですね。 ファンもコストと故障率があがるのでなるべくつけないでいいような放熱を選択しています。
レギュレターなどのアプリケーションノートには基板で放熱するために必要な銅箔面積の図なんかがよく掲載されていますから、基板で放熱するのがセオリーなんじゃないんでしょうか。 ふつうに数年運用していても半田故障とか聞きませんし。
やまさん
寒冷地で使用する装置は、半田クラックが良く起きますねー。 特に1005サイズ以下のチップ類は頻度が高いです。
やっぱり春夏秋冬朝昼晩の温度サイクルで収縮幅がおおきいんでしょうかねー。 なので屋外使用の基板は可能な限り部品サイズを大きく、パターンを太くすることで軽減してますけども。
ちなみに宇宙だと太陽があたる面と裏側で200度くらい温度差がでるので、カプトンテープとかで保護しないとあっと言う間に藻屑になるそうです^^;
PCBパターンによる放熱効果ですが、ルネサスのパッケージ熱抵抗も基板に実装しての値です。金属が露出していないようなパッケージではチップからの熱はリードフレームを通してPCB経由で放熱される分がほとんどです。380はマルツのキットではないですが私も使用したことがあります。14ピン380も7ピンが一般的にパターンの面積が広いグランドで、放熱を期待してます。効率は2.9W、280mA、18Vだから2.9/(0.28*18)*100=58[%]でNPN-PNPのコンプリメンタルAB級として効率は少し高いモノのいい線だと思います。
KA-9900は定格出力150W＋150Wで定格消費電力400Wなので効率が良すぎますから、定格消費電力の条件がフル出力ではないように思えます。ヒートシンクは横から見え、他のアンプなどに比べて大きいので、やはり熱よりもビジュアルだと思います。全く話がずれてしまいますが、"プリ部・トーン部にそれぞれ独立した専用巻線と定電圧電源"と記載され電源のプロック図に"TO PREAMP"と"TO FLAT AMP"ですが、アンプブロック図に"PREAMP"が見当たりません。私の知識では、MCヘッドアンプとイコライザとフラットアンプを合わせてプリアンプ(Primarily AMP)で後段のパワーアンプを通してスピーカーを鳴らします。今は、CD/DVD/iPadなのでプリアンプを使いません。PREはPRIのミスタイプとして、FLATはPOWERの間違えだと思うのですが、私に誤りがあるのかな？
IKUZOさんはかなりのハイレベルでそんなに初心者だとは思っていないのですが、本当に半田ごても持ったことの無い初心者にも個別部品によるトランジスタオーディオアンプの組み立てを私はお奨めします。ケース加工、熱設計、電源トランスの性能、トランジスタの動作などなど、勉強になる事が盛りだくさんです。ラックスキットやケンクラフトなどのメージャーメーカのキットが無くなったのは残念ですが、探せばいろいろとあるようです。
「1時間程度、負荷がかかって発熱し、1時間程度冷えて、これを繰り返していました。」部品の収縮が思わぬ故障になることを、貴重な経験を教えていただきありがとうございます、「ディスクリートの部品」の方が熱的には問題は少ないということで、いわゆるDIP部品ですよね、
「ふつうに数年運用していても半田故障とか聞きません」Kirinさんもそうでしたら安心します「寒冷地で使用する装置は、半田クラックが良く起きますねー。特に1005サイズ以下のチップ類は頻度が高いです。」なるほど抵抗等の場合はあまりWの小さいのも良くないのですね。
注意しないといけないポイントが頭に浮かんできました、ありがとうございました。後は防湿処理ですが、黒い色のものはあるのかな、探してみよう
kijoさん
オーディオ作りとかの趣味をお持ちなんですか？kijoさんそれは6CA7ではないですか？それとも6L6GC?真空管ですからなんとなくkijoさんを想像できます、「PREはPRIのミスタイプ」よく気が付かれましたね、なかなか気が付かないと思うのですが、私がローレベルかハイレベルか？面白いですね－．趣味を楽しむのにレベルが関係するんですかね？kijoさんはレコード派ですか？何を聞かれるのですか？クラシック？どんな曲？時間が取れればお聞かせください、kijoさんにいろいろ聞いてみたくなりました。
松下 6CA7 フラットトップ
www.tubeworks.jp/.../kit_6ca7pp.html
失礼しましたぁ
こんなのを知ってる方を素人呼ばわりしちゃった
私の方が遥かにローレベルでした
何しろ耳の分解能が低くて
指揮者が楽譜をめくる音とか
バイオリンの絃が切れる音とか
全く聞こえません
マニアの方曰く
「どゃバイオリンの絃が切れる音がハッキリと聞こえるやろ！」
私
「ウーームさすがですねぇ、やっぱりこの巨大な放熱板のおかげですかねぇ」
などと、見当違いの事をほざいて逃げるのが精一杯
lumiheart さん、これはすごいキットですねーこれを製作すると一生物になるかもしれませんよ、音の聞こえ方ですが人間60代になると20代に比較すると聴力が半分ぐらい、特に高音がなるそうですよ、でもアンプの方で補正してやれば十分楽しめると思います、lumiheart さんは芯からアナログ派なんですね、私も自慢させていただくとアナログアンプはメーカー製を30台ほど保存していますが、これはたんなる物的魅力で置いています、使用しているのは自分設計の1ビットのデジタルアンプ?(変換器?)です、自分の趣味なのでなんでもいいと思っています、「世界で一番だー」等と自己満足しています、その機械で吉田真理子の翼をくださいなど再生して元気をもらっています、バッハのアリアとかジプシーキングのインスピレッションやディブブルーベックのテイクファイブ等もいいですね、かさばるのでレコードはやっていません、CDオンリですが、ルネサスのマイコンでネットワークプレヤーでもできないかな