Loi d'Ohm thermique

Loi d'ohm thermique

Par analogie à la loi d'ohm et la loi des mailles (loi de Kirchhoff), nous avons :

TJ (température de jonction (°C ou °K)) équivalente à une tension électrique

TA (température ambiante (°C ou °K)) équivalente à une tension électrique

P (puissance thermique (W)) équivalente à un courant électrique

RTHJA (Résistance Thermique (°C/W ou °K/W) équivalent à une résistance électrique

Donc, si nous appliquons la loi des mailles, nous obtenons :

${\displaystyle T_{\mathrm {J} }-P\cdot R_{\mathrm {thJA} }-T_{\mathrm {A} }=0}$

soit :

${\displaystyle T_{\mathrm {J} }=T_{\mathrm {A} }+P\cdot R_{\mathrm {thJA} }}$

Cette relation entre la température et la puissance thermique porte plus rigoureusement le nom de loi de Fourier. Cependant, puisque celle-ci est de la même forme que la loi d'Ohm, les spécialistes du domaine de l'électronique emploient le terme de loi d'Ohm thermique. Pourtant, la loi de Fourier a été théorisée bien avant la loi d'Ohm.

Transistor en boîtier plastique et dissipateur adapté ; le transistor est accolé au dissipateur grâce à la vis.

Les éléments de puissance (diodes, transistors, thyristors) sont généralement montés sur des dissipateur thermiques, qui favorisent l'évacuation des 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_thJB, donnée par le constructeur ;
• la résistance thermique boîtier-dissipateur R_thBR, qui dépend de la présence ou non d'un isolant ;
• la résistance thermique dissipateur-ambiance R_thRA, qui 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) et de son mode de refroidissement (convection naturelle ou forcée, circulation d'eau, etc.).

• R_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[1] (boîtier moyen cylindrique, métallique), 85 à 150 pour TO-126[1] (boîtier plat, plastique), 60 à 80 pour TO-220[1] (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[1] (boîtier ovale, métallique).
• R_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_thBR pour des transistors en boîtier TO-3 : 0,25 °C/W à sec, sans isolant[2] ; 0,15 sans isolant mais avec graisse de silicone[2] ; 0,35 avec isolant mica et graisse de silicone[3].
• R_thRA pour un dissipateur typique avec huit ailettes de chaque côté et une longueur de 10 cm : entre 1 et 1,75 °C/W selon la puissance dissipée, en convection naturelle ; R_thRA peut descendre à 0,4 °C/W si l'on utilise une ventilation forcée, selon la vitesse de l'air.