Pourquoi un dissipateur
Les transistors, régulateurs et LED de puissance transforment une partie de leur puissance en chaleur. Si la jonction interne chauffe trop, en général au-delà de 125 à 175 °C, le composant se dégrade ou lâche. Un dissipateur répartit la chaleur dans l’air pour que la jonction reste dans les limites.
La chaîne des résistances thermiques
La chaleur va de la jonction à l’air à travers des résistances en série, exprimées en °C par watt :
- Rjc : jonction-boîtier, donnée par la fiche technique ;
- Rcs : boîtier-dissipateur, liée à l’isolant, à la pâte ou au mica (environ 0,1 à 1 °C/W) ;
- Rsa : dissipateur-ambiante, la valeur à choisir.
Température de jonction : Tj = Ta + P × (Rjc + Rcs + Rsa). On en déduit le dissipateur :
Rsa max = (Tj max − Ta) ÷ P − Rjc − Rcs
Exemple
Un régulateur dissipe 10 W, sa Tj max est de 125 °C, l’air dans le boîtier est à 40 °C, Rjc = 1,5 °C/W et l’isolant ajoute 0,5 °C/W :
- total admissible : (125 − 40) ÷ 10 = 8,5 °C/W ;
- dissipateur : 8,5 − 1,5 − 0,5 = 6,5 °C/W au plus.
Sans dissipateur, avec une résistance jonction-ambiante de 62 °C/W (un TO-220 typique), la jonction tendrait vers 40 + 10 × 62 = 660 °C : en pratique, le composant se mettrait en protection ou serait détruit. Le boîtier seul ne supporte ici qu’environ 1,4 W.
Choisir le dissipateur
- Prenez un dissipateur de valeur inférieure au résultat, avec au moins 20 % de marge.
- Les valeurs catalogue sont mesurées dans des conditions précises, souvent ailettes verticales en air calme. Un montage horizontal, un boîtier fermé ou la poussière les dégradent.
- Une ventilation forcée divise la résistance thermique par deux à cinq.
- Utilisez la température à l’intérieur du boîtier, souvent 10 à 20 °C au-dessus de celle de la pièce.
Réduire la chaleur
- Pour un régulateur linéaire, P = (Ve − Vs) × I. Baisser la tension d’entrée, ou passer à un régulateur à découpage, réduit fortement la chaleur.
- Utilisez de la pâte thermique et le bon couple de serrage ; un contact sec peut ajouter 1 °C/W ou plus.
- Sur un circuit imprimé, la surface de cuivre et les vias thermiques servent de dissipateur aux composants CMS.