発熱計算¶

概要¶

電子部品は動作中に電力を消費し、その一部を熱として放出する。

発熱を考慮せずに設計すると、

• 部品の寿命低下

• 誤動作

• 性能低下

• 最悪の場合は故障

につながるため、回路設計時には発熱量と温度上昇を確認する必要がある。

発熱量の計算¶

抵抗成分による損失はジュール熱として発生する。

発熱量は以下の式で求められる。

\(P=I^2R\)

計算例¶

内部抵抗が

0.258Ω

であり、

流れる電流が

0.66A

の場合、

\(P=(0.66)^2\times0.258\)

となる。

計算すると

約0.112W

の熱が発生する。

熱抵抗¶

発熱量だけでは部品温度は分からない。

温度上昇を求めるために熱抵抗（Thermal Resistance）を使用する。

熱抵抗は

℃/W

で表され、

「1W発熱したとき何℃温度が上昇するか」を示す。

例：

40℃/W

の場合、

1W発熱
↓
40℃上昇

を意味する。

温度上昇の計算¶

温度上昇は以下の式で求められる。

\(\Delta T=P\theta_{JA}\)

計算例¶

発熱量

0.112W

熱抵抗

41.1℃/W

の場合、

\(\Delta T=0.112\times41.1\)

となる。

計算すると

約4.6℃

温度上昇する。

実際の部品温度¶

部品温度は周囲温度を加算して求める。

\(T=T_a+\Delta T\)

計算例¶

周囲温度

25℃

温度上昇

4.6℃

の場合、

部品温度 = 29.6℃

となる。

熱抵抗の種類¶

データシートには複数の熱抵抗が記載されていることがある。

一般的な発熱計算では θJA を使用する。

設計時の注意点¶

最大電流ではなく実使用電流を見る¶

瞬間的なピーク電流よりも、長時間流れる電流の方が発熱へ与える影響が大きい。

周囲温度を考慮する¶

室温25℃だけでなく、

• 夏季

• 密閉ケース内部

• 屋外

なども考慮する。

データシートの最大接合温度を確認する¶

多くのICでは

125℃
〜
150℃

程度が上限となっている。

基板も放熱に寄与する¶

放熱パッドやGNDプレーンを設けることで実際の温度上昇は低下することがある。

まとめ¶

発熱計算は、

1. 発熱量を求める

2. 温度上昇を求める

3. 周囲温度を加算する

という流れで行う。

設計段階で温度を見積もることで、部品選定や放熱設計の妥当性を確認できる。