Tubes Enfoncés sur une Face
Tubes en cuivre, aluminium ou acier inoxydable enfoncés d'un côté pour des pertes de puissance élevées. (...)
Calculer la résistance thermique
La résistance thermique Rth est le paramètre clé dans la conception de dissipateurs thermiques. Entrez la puissance dissipée et les limites de température : le calculateur détermine instantanément le Rth requis.
Pourquoi la résistance thermique est-elle déterminante ?
Chaque composant électronique a une température de fonctionnement maximale qui ne doit pas être dépassée. Le dissipateur doit évacuer la puissance dissipée de manière à respecter cette limite. La résistance thermique Rth (unité : K/W) décrit l'efficacité avec laquelle un dissipateur y parvient : plus le Rth est petit, plus la chaleur peut être évacuée pour la même différence de température.
Calculateur Rth
W
°C
°C
Unité de la résistance thermique : Kelvin par Watt (K/W)
La résistance thermique Rth s'exprime en Kelvin par Watt (K/W), équivalent à °C/W. La valeur indique de combien de Kelvin un composant s'échauffe par Watt de puissance dissipée évacuée. Un Rth de 0,1 K/W signifie : à 100 W de puissance dissipée, la température augmente de 10 K par rapport au fluide caloporteur. Plus la valeur en K/W est faible, plus le dissipateur est performant.
Formule et dérivation
ΔT = T_max − T_0 La différence de température est la température maximale du composant moins la température ambiante ou d'entrée du fluide caloporteur.
R_th = ΔT / P_V La résistance thermique requise est la différence de température divisée par la puissance dissipée. Unité : K/W.
Résistance thermique totale : la chaîne de résistances
Le Rth calculé est la résistance thermique totale du composant au fluide caloporteur. En pratique, elle se compose de plusieurs résistances partielles montées en série :
R_th,tot = R_th,JC + R_th,CH + R_th,HA - R_th,JC – jonction au boîtier (junction-to-case, d'après la fiche technique du composant)
- R_th,CH – boîtier au dissipateur (pâte thermique, isolant, interface de contact)
- R_th,HA – dissipateur à l'ambiance ou au fluide caloporteur (la part dimensionnable)
Chaque interface s'additionne. Le dissipateur doit être dimensionné de sorte que la somme de toutes les résistances partielles ne dépasse pas le Rth total requis.
Exemple de calcul pratique
Un module IGBT a une température de jonction maximale de 70 °C. La puissance dissipée est de 2 000 W, la température d'entrée de l'eau de refroidissement est de 20 °C.
-
ΔT = 70 °C − 20 °C = 50 K -
R_th = 50 K / 2 000 W = 0,025 K/W
La résistance thermique totale requise est de 0,025 K/W. Cette valeur n'est réalisable qu'avec un refroidissement liquide.
Valeurs indicatives : résistance thermique typique par type de refroidissement
Le tableau suivant associe des plages de Rth typiques à la technologie de refroidissement appropriée. Il aide à classer rapidement la valeur calculée et à choisir la bonne stratégie de refroidissement.
| Rth requis | Type de refroidissement adapté | Application typique |
|---|---|---|
| > 0,2 K/W | Dissipateur à air standard | Faible puissance dissipée, espace et flux d'air suffisants |
| 0,05 – 0,2 K/W | Refroidissement par air haute performance (Bondfin, Pinfin) | Puissance dissipée moyenne, espace limité |
| < 0,05 K/W | Refroidissement liquide (Monopress, Structureflow) | Haute densité de puissance, modules IGBT, onduleurs |
Calculateurs et thèmes complémentaires
Questions fréquentes
La résistance thermique Rth est une grandeur système qui indique de combien un composant s'échauffe par Watt de puissance dissipée. Elle se mesure en Kelvin par Watt (K/W). Une valeur faible signifie qu'une grande quantité de chaleur est évacuée pour une faible différence de température – le dissipateur travaille efficacement.
La résistance thermique s'exprime en Kelvin par Watt (K/W), parfois aussi en °C/W – pour les différences de température, les deux unités sont équivalentes. La valeur décrit l'élévation de température par Watt de puissance dissipée évacuée.
La conductivité thermique λ (W/mK) est une propriété du matériau indiquant la capacité d'un matériau à conduire la chaleur. La résistance thermique Rth (K/W) est une propriété du système décrivant la différence de température générée pour une puissance thermique donnée dans le système global. Le Rth dépend du matériau, de la géométrie, des interfaces de contact et des conditions d'écoulement.
Non. Le calculateur calcule la résistance thermique totale requise du composant au fluide caloporteur. En pratique, cette valeur se compose de plusieurs résistances partielles : semi-conducteur → boîtier → pâte thermique → dissipateur → fluide caloporteur. Chacune de ces interfaces doit être prise en compte dans une conception détaillée.
Un Rth très faible (< 0,05 K/W) signifie qu'une grande quantité de chaleur doit être évacuée avec une faible différence de température, ce qui est pratiquement irréalisable avec un refroidissement par air. Le refroidissement liquide est alors nécessaire. COOLTEC propose différentes conceptions de Monopress à Structureflow.
Le calcul est une première estimation basée sur des hypothèses simplifiées. Il convient au dimensionnement préliminaire et à l'évaluation de la stratégie de refroidissement. Des simulations thermiques, des mesures et des données géométriques spécifiques sont nécessaires pour la conception finale.
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