Calcul dissipateur

[btsat]

Bonjour,

Les calculs de dimensionnement de dissipateur ne sont pas un soucis pour moi.
Simplement, j'arrive à un cas où je reste perplexe.

Je m'explique.

Nous avons un transistor (RthJc = 1°C/W) et nous prendrons RTHIsolant =0.45°C/W.
J'ai dessus un dissipateur de 3.3°C/W (avec un ventilateur dont je suis bien incapable de determiner au final le Rth de l'ensemble Ventilo + Dissip??...)

Bref, le transistor commande un moteur. (en linéaire et oui!)
En temps normal, le moteur peux être utilisé en intensif (c'est à dire que le système a atteins une température stabilisée, dépendant de la consommation du moteur)
Les mesure montre la température (au plus près du boitier du transistor) de 80°C pour une température ambiante de 24°C.

La température de jonction = Température boitier + (Puissance à dissiper * (RthJc + RthIso))
Dans mon cas, nous pouvons alors estimer:
Puissance moyenne dissipé = (80°C - 24°C) / 3.3°C/W = 17W.
Si on considère que le ventillo améliore la résistance thermique du dissipateur (Coef x0.6) on obtient une puissance moyenne dissipée de 28.28W.
Dans ce pire cas, la température de la jonction serai donc de 28.28W x (1+0.45 °C/W) + 80°C = 121°C (Tj max = 150°C)...


Donc admettons que ma température de jonction soit à 120°W, mon boitier à 80°C dans son utilisation classique.
Brutalement, je coupe la commande (plus de commande moteur, transistor bloqué, puissance = 0W!) Du coup, en théorie, la température de jonction = Température Boitier = température ambiante puisque la puissance est nulle!
Or je me doute bien que chacun des éléments va refroidire plus ou moins rapidement...
-> quelle equation es-je loupé!?? les équations thermiques de base (Delta °C = P x Rth) sont elle simplifié ou partent t'elle d'hypothèse de départ.

Ma finalité est la suivante:
Mon système travail en régime établi avec une température de boitier stabilisé à 80°C.
Brutalement, mon moteur est bloqué. Le courant tiré par le moteur monte brutalement, donc la puissance à dissiper aussi.
Mon système, en régime disons statique, si on applique la loi d'ohm thermique montre que dans ce cas, la température de jonction va atteindre 225°C... Or il claquera à 150°C...
Mais cette monté en température ne sera pas instantané contrairement à ce que peut nous indiquer la loi d'ohm thermique.
Après mesure, je connais l'évolution de la monté en température en fonction de la puissance et de la température initial (une belle exponentielle).
Ainsi, je serai combien de temps j'ai pour réagir et donc arrêter la commande moteur pour ne pas dépasser les 150°C...

Simplement je bloque sur cette fameuse transition instantané de la température de jonction qui d'après la loi d'ohm thermique dépend uniquement de la température du boitier et de la puissance à dissiper...



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[gcortex]

Ne pas confondre la puissance dissipée par ton semi-conducteur avec la puissance de ton ventilateur.
Tu peux établir une équation différentielle de la température, avec la capacité thermique de ton radiateur.

[jiherve]

Bonjour
Se reporter au courbes U,I définissant la zone d'usage du transistor :safe operating area.
Et en effet la chaleur ne se transmet pas instantanément et les calculs sont inextricables sans logiciel ad hoc mais coté silicium cela va grimper trés vite c'est d'ailleurs pour çà que les "sonde" de température (diode) sont directement gravées sur le silicium des processeurs toute mesure faite sur le radiateur et indiquant un danger le sera post mortem ou presque; Il faudrait un radiateur cumulant faible inertie thermique et faible résistance thermique et détecter non seulement la température mais sa vitesse de variation.
JR

[gcortex]

PS : Il vaut mieux aspirer la chaleur et piloter ton moteur par PWM avec une diode rapide.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonsoir,

La température de jonction = Température boitier + (Puissance à dissiper * (RthJc + RthIso))
Dans mon cas, nous pouvons alors estimer:
Puissance moyenne dissipé = (80°C - 24°C) / 3.3°C/W = 17W.

C'est théoriquement vrai, mais étant donné les incertitudes énormes sur ces différentes valeurs (Rth, T_boitier), il faudrait mieux trouver une méthode plus fiable de détermiber la puissance dissipée. P=U*I, par exemple

Donc admettons que ma température de jonction soit à 120°W, mon boitier à 80°C dans son utilisation classique.
Brutalement, je coupe la commande (plus de commande moteur, transistor bloqué, puissance = 0W!) Du coup, en théorie, la température de jonction = Température Boitier = température ambiante puisque la puissance est nulle!
Or je me doute bien que chacun des éléments va refroidire plus ou moins rapidement...
-> quelle equation es-je loupé!?? les équations thermiques de base (Delta °C = P x Rth) sont elle simplifié ou partent t'elle d'hypothèse de départ.

Ces équations sont valides en régime permanent ; de même qu'on peut négliger l'impact des condensateurs lorsqu'on traite d'un montage fonctionnant en continu.
Si tu veux prendre en compte la dynamique, il faut faire un modèle adapté, prenant en compte les capacités thermiques, fonctions des capacités thermiques massiques des différentes matières composant tes composants.
La méthode la plus simple consiste à dire que le composant chauffant est une source de puissance (l'équivalent en électronique est une source de courant) chargeant une capacité thermique (un condensateur) égale à la capacité thermique totale du montage (en pratique, cette capacité est souvent dominée par celle du radiateur). Tu fais ainsi l'hypothèse que la chauffe est adiabatique (sans échange avec l'extérieur) et que la résistance thermique totale est dominée par la résistance entre le radiateur et l'ambiant. Ce sont des hypothèses assez valable tant que tu restes sur des transitoires assez courtes, de l'ordre de quelques secondes.

La capacité thermique du radiateur est égale à sa masse multipliée par la capacité calorifique massique de l'aluminium https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_c...eat_capacities

Avec les équations :
Si :
- la capacité calorifique totale du système est C
- que la puissance dissipée pendant la transitoire est égale à P1
- que la température de jonction avant blocage de l'arbre est de T°
- que la température de jonction max acceptable est Tm
alors, à partir du blocage, la température de jonction va évoluer avec le temps t selon la loi : Tj(t) = T° + t*P1/C ( cf l'équation de charge d'un condensateur à courant constant).
On en déduit la durée max que le composant peut tenir avant de claquer (i.e. à quel instant t on a Tj=Tm) : tmax = C*(Tm-T°)/P

Avoir des valeurs numériques précises pour l'ensemble du montage permettrait de valider ou non cette équation. Quoi qu'il en soit, c'est un calcul à la louche, avec tout au plus 0 ou 1 chiffres significatifs.

Autres méthodes :
- simulation numérique (FEM...) ;
- expérimentation ;
- migration du linéaire vers le PWM.

[btsat]

Merci pour cette réponse très utile