- 締切済み
ヒートシンクの設計方法
- ヒートシンクの設計方法について
- ヒートシンクの形状や大きさを決めるための計算方法について
- IGBTの仕様書を活用したヒートシンクの設計
- 製品設計
- 回答数3
- ありがとう数3
- みんなの回答 （3）
- 専門家の回答
みんなの回答
まずは、IGBTでどれほどの損失（Ｗ）があるかを見積もることがスタート です。貴殿が回路設計とは無縁の立場であれば、回路設計した技術者に IGBTの損失がどれほどか答えを出させて下さい。合わせて、そのIGBTを 所要の信頼性をもって動作させるのための温度の限界と管理すべき測温 ポイントの明確化を要求して下さい。 このような設計前提条件がなかなか出てこないようならば、理屈による 設計はあきらめて、試作と温度上昇評価試験を繰り返して、試行錯誤で 放熱系の仕様を決めていくことも一つの方法論です。 自然空冷の場合は、放熱器に要求されるの熱抵抗がわかれば、熱伝達係数と いう値を使って放熱器に必要な表面積を求めることができるので、手計算で ある程度まで設計を追い込めます。 強制空冷の場合、風路がダクト状で、放熱器フィン間を流れる風速がほぼ一 定であれば、風速に応じて熱伝達係数を勘案すれば、自然空冷と同様な計算 が可能です。 風路が定まらない構造で、放熱器各部の風速が異なるような場合は、熱流体 解析を行うか、実験的な手法に頼るかということになるでしょう。 ◆熱抵抗 IGBTの温度限界が95℃、損失が60Wの値が与えられました。 吸気温度の上限を35℃と仮定すれば、所要の熱抵抗は、 （95℃－35℃）÷60W＝60℃÷60W＝1℃/W ◆95℃の管理点 95℃に抑える必要があるポイントが、IGBTのジャンクションなのか、放熱 器の温度なのかによって、先に計算した1℃/Wをそのまま放熱器に要求さ れる熱抵抗としていいか、差し引いて考える必要があるかが変わります。 ここでは、95℃を管理するポイントをIGBTのケース温度と考え、放熱器と IGBTの接触熱抵抗のみを考慮することとします。放熱グリースを使うと して、接触熱抵抗を0.3℃/Wと見積もります。 従って、放熱器に要求される熱抵抗は1℃/W－0.3℃/W＝0.7℃/Wです。 ◆熱伝達係数の見積もり 以下の情報から、風速2m/sのときの熱伝達係数は17.7W/m2℃の値を採用 します。 http://www.nc-net.or.jp/mori_log/detail.php?id=207100 ◆フィン効率の見積もり フィンの温度分布により、フィンの有効面積が減少しますので、ここでは 仮に80%と考えます。 ◆フィンの所要表面積 １／｛(0.7℃/W×80%)×17.7W/m2℃｝＝0.101m2 ◆フィン形状への割付 仮に、１枚のフィン寸法が、高さ30mm、長さ100mmとすれば、両面の表面 積は、0.006m2 所要のフィン枚数は、0.101m2÷0.006m2＝16.8 → 17枚 フィンの厚さを2mm、フィン間隔を4mmとすれば、(2＋4)×17＋2＝104mm ベース厚を除いた外形寸法100×104×30程度のフィンとなりそうです。 ざっと上記のような手順です。数値は仮においたものですから、実際の値を 調査なり測定して、確かな設計として下さい。 ◆参考文献 https://sol.merl.hitachi.co.jp/emdh_evaluation/seigen/calculator/dennetsu/kousiki/kousiki56out.asp
え～っ、二輪エンジンの元設計者です。 おそらくは、空冷エンジンのフィンの設計と同じ要領で行けると考えます。 ですが、機密厳守の制約もあり、ここで詳しく解説できません。 ヒントは、熱源の温度と熱容量、空気の温度と流速、目標温度 等を きちんと定めて計算に入る事なのですが、データが無いと難しいと思います。 専門外だと思いますが、 内燃機関の専門書か、コンプレッサの設計書を参考にしてみて下さい。 空冷の場合の、伝熱面積の決め方等が出ていると思います。 簡単すぎて済まない。
お礼
参考になりました。確かディーゼルエンジンの設計手引きという本がありましたので参考に見てみます。ありがとうございます。
お礼
ありがとうございます。 参考にさせていただきます。
お礼
大変参考になります。今困っている内容にほぼ一致しております。 IGBTの損失は60Wくらいで、所要の信頼性をもって動作させるのための温度の限界は95℃となっています。また、DCファンを用いての強制空冷で約2～3ｍ/ｓと、ここまでは数値が出ておりますが、その後色々な文献を見ているのですが何をどう当てはめればよいか分かりません。 頼ってしまい、申し訳ないのですが、この後の導き方を教えていただけないでしょうか？ 度々申し訳ありません。『放熱器に要求される熱抵抗』も分かっておりません。IGBTの損失や温度から、ヒートシンクの大きさなど求められるのでしょうか？ その他必要になる数値などありますでしょうか？ 大変申し訳ありませんが、ご教授お願い致します。