Loi d'Ohm thermique
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2008-04-30T11:21:49Z
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{{Voir homonymes|Ohm}}
La '''loi d'Ohm thermique''' permet de calculer la [[température]] de jonction T{{ind|J}} des éléments [[semi-conducteur]]s ([[diode]]s, [[transistor]]s divers, [[thyristor]]s, [[triac]]s, etc.).
<big><math>Tj = Ta + P.Rthja</math></big><br/> où Ta est la température ambiante, P la puissance dissipée par l'élément semi-conducteur et Rthja la [[résistance thermique]] jonction-ambiance.
Les éléments de puissance (diodes, transistors, thyristors) sont généralement montés sur des [[dissipateur thermique]]s, qui favorisent l'évacuation des [[effet Joule|pertes]] produites. Il est généralement prévu un isolant (feuille de [[mica]], de matériau composite, etc.) de façon à isoler électriquement le semiconducteur du dissipateur. Dans ce cas, la [[résistance thermique]] jonction-ambiance est la somme de trois termes :
* la résistance thermique jonction-boîtier R{{ind|thJB}} ; celle-ci est donnée par le constructeur ;
* la résistance thermique boîtier-dissipatuer R{{ind|thBR}} ; elle dépend de la présence ou non d'un isolant ;
* la résistance thermique dissipateur-ambiance R{{ind|thRA}} ; celle-ci dépend de la taille et du type de dissipateur (simple plaque, dissipateur à ailettes, etc.), de sa couleur (noire, argentée), de sa position (horizontale, verticale), de son mode de refroidissement (convection naturelle ou forcée, circulation d'eau, etc.).
[[Image:Transistor y disipador.jpg|thumbnail|Transistor en boîtier plastique et dissipateur adapté ; le transistor est accolé au dissipateur grâce à la vis]]
==Quelques ordres de grandeur==
'''R{{ind|thJA}}''' pour des transistors utilisés sans dissipateur : 200 à 500 °C/W pour boîtiers TO-18 (petit boîtier cylindrique, métallique) et TO-92 (petit boîtier cylindrique, plastique), 100 à 200 pour TO-39 / TO-5 (boîtier moyen cylindrique, métallique), 85 à 150 pour TO-126 (boîtier plat, plastique), 60 à 80 pour TO-220 (boîtier plat, plastique avec une patte cuivrée pour améliorer le transfert de chaleur, cf. le transistor de l'illustration), 30 à 40 pour TO-3 (boîtier ovale, métallique).
'''R{{ind|thJB}}''' pour des transistors utilisés avec dissipateur : 175 °C/W pour TO-18, 80 à 90 pour le TO-92, 20 à 30 pour TO-39, 5 à 6 pour TO-126, 2 à 4 pour TO-220, 1 à 2 pour TO-3.
'''R{{ind|thBR}}''' pour des transistor en boîtier TO-3 : 0,2 °C/W à sec, sans isolant ; 0,1 sans isolant mais avec graisse de silicone ; 0,4 avec isolant mica et graisse de [[silicone]].
'''R{{ind|thRA}}''' pour dissipateur typique avec 8 ailettes de chaque côté et une longueur de 10 cm : entre 1 et 1,75 °C/W selon la puissance dissipée, en convection naturelle ; la Rth peut descendre à 0,4 °C/W si l'on utilise une ventilation forcée.
==Exemples==
====Exemple 1 : température de la jonction en fonction du dissipateur====
Soit un régulateur de tension de « 5 V » délivrant au circuit qu'il alimente un courant de 2,5 A. La tension moyenne à l'entrée du régulateur vaut 8 V. Le régulateur est monté dans un boîtier TO-3, caractérisé par une résistance thermique de 1,5 °C/W ; il est monté sur un dissipateur de R{{ind|thRA}} de 5 °C/W et isolé électriquement par une feuille de mica enduite de graisse de silicone ; la R{{ind|thBR}} est dans ce cas égale à 0,4 °C/W. Quelle va être la température de la jonction du transistor de puissance du régulateur à 25 °C de température ambiante ?
Puissance dissipée dans le régulateur : I × (différence de potentiel entre l'entrée et la sortie du régulateur), soit 7,5 W.
La loi d'Ohm thermique donne donc T{{ind|J}} = T{{ind|A}} + [I (Vout - Vin) × R{{ind|thJA}}] = 25 + 7,5 × (1,5 + 0,4 + 5) = 76,75 °C.
====Exemple 2 : dimensionnement d'un dissipateur====
Un régulateur de tension « 5V » fournit 1 A et est alimenté par une pile de 7 V. La résistance thermique jonction-ambiante R{{ind|thJA}} est de 65 °C/W et la résistance thermique jonction-boîtier R{{ind|thJB}} est de 5 °C/W.
Le dissipateur devra avoir une résistance thermique maximale de :
R{{ind|thRA}} = [(T{{ind|J}} - T{{ind|A}}) / P ] - R{{ind|thJB}}
En choisissant comme température maximale de jonction 100 °C et comme température ambiante maximale 30°C, on trouve :
R{{ind|thRA}} = [(100 °C - 30 °C) / 1 A × (7 V - 5 V)] - 5 °C/W = 30 °C/W
====Remarque====
Souvent la puissance dissipée est dûe à l'effet Joule. Une chute de potentiel aux bornes d'une résistance (ou d'un élément qui se comporte de la même façon) provoque une dissipation de puissance :
<big><math> P = R \cdot I^2 [W]</math></big><br>
==Voir aussi ==
=== Lien interne ===
* [[Transfert thermique]]
* [[Georg Ohm]]
=== Liens externes ===
* [http://files.iai.heig-vd.ch/Enseignement/Supports%20de%20cours/Electronique%20de%20puissance/Polycopi%C3%A9s/Chapitre%2009%20-%20Mod%C3%A9lisation%20thermique%20des%20composants%20de%20puissance.pdf] Modélisation thermique des composants de puissance {{pdf}}
* [http://www.sonelec-musique.com/electronique_bases_radiateur_calcul.html Comment calculer le radiateur]
{{Portail électricité et électronique}}
[[Catégorie:Théorie électrique]]
[[Catégorie:Loi en physique]]
[[Catégorie:Transfert thermique]]