Comment choisir un dissipateur thermique approprié ?

Des températures excessives peuvent réduire considérablement la durée de vie des composants électroniques. Le dissipateur est un composant essentiel de la conception de circuits car il permet d’évacuer efficacement la chaleur des dispositifs électroniques (relais statiques par exemple) en la redirigeant dans l’air ambiant.

Pour toute conception électronique, la  «gestion thermique» est l’élément clé, qui fixe les performances et l’efficacité optimales du système pendant toute la durée de vie du produit. Cet article vous donnera plus d’informations sur la sélection des dissipateurs thermiques.

 Utiliser la gamme celduc de dissipateurs thermiques ou votre propre solution ?

Deux possibilités s’offrent à vous :

1. Utiliser la gamme de dissipateurs celduc: sur nos fiches produits, les courbes thermiques donnent des valeurs de résistance thermique et en dessous de ces courbes vous pouvez trouver les références des dissipateurs celduc ayant ces valeurs de résistance.
   
2. Utiliser votre propre solution de dissipateurs thermiques: si vous souhaitez utiliser le dissipateur thermique d’un autre fournisseur, vous devez vous poser les bonnes questions afin de faire le bon choix.

Il est très important de comprendre que les résistances thermiques indiquées dans les fiches techniques de nos produits sont celles de dissipateurs que nous avons qualifiés, dans les conditions d’utilisation de nos produits. La résistance thermique indiquée est donc une valeur réelle qui garantit le bon refroidissement du produit.

Si vous souhaitez installer nos relais statiques sur votre propre dissipateur thermique, vous devez choisir un dissipateur thermique ayant la valeur de résistance thermique correcte. Le principal problème est que les valeurs de résistance thermique des dissipateurs que vous pouvez trouver sur le marché doivent être interprétées avec prudence. En fait, le calcul de la valeur de la résistance thermique dépend de nombreux paramètres. Voici les 2 principales difficultés auxquelles vous serez confronté au sujet des valeurs données par les fournisseurs de dissipateurs thermiques:

• Aucune information sur la résistance thermique par rapport à la puissance dissipée
• La valeur de résistance thermique donnée par les autres fournisseurs est calculée selon la surface totale, ce qui signifie que le dispositif électronique (SSR) doit avoir les mêmes dimensions que le dissipateur.

Cet article vous donnera plus d’informations sur la sélection des dissipateurs thermiques afin que vous puissiez faire le bon choix. Commençons tout d’abord par quelques rappels.

 Quelles caractéristiques influent sur la résistance thermique ?

Résistance thermique vs puissance dissipée

L’information la plus importante est la courbe thermique donnant la résistance thermique en fonction de la puissance dissipé. Vous pouvez voir que la résistance thermique évolue avec la dissipation de puissance.

Impact de la ventilation forcée dans les armoires électriques                  

Une autre courbe vous renseigne sur l’impact de la ventilation forcée à l’intérieur de votre armoire électrique. Il existe essentiellement deux types de refroidissement : le refroidissement par air forcé et le refroidissement par convection libre (naturelle). Avec ces deux types de refroidissement, la résistance thermique du radiateur (Rth) est optimisée.

 Quelques rappels

PD = Puissance dissipée par le relais . Exprimée en Watts (joules par seconde), correspond au courant thermique ou aux calories à évacuer du relais, dépend essentiellement du courant traversant le relais. Dans la sélection d’un dissipateur thermique, il est tout d’abord nécessaire de quantifier la puissance dissipée par le composant.

Résistances thermiques (Rth) = Les dissipateurs thermiques sont évalués en fonction de leur résistance thermique et mesurés en degrés Celsius par watt (° C / W). Plus la résistance thermique est faible, meilleur est le dissipateur thermique qui transférera la chaleur.

Résistance thermique = Température / Puissance dissipée

Vous devez aller plus loin qu’une simple sélection basée sur la valeur de résistance thermique

 Résistance thermique du dissipateur

La valeur de résistance thermique nécessaire du dissipateur peut être définie par calcul ou en utilisant les courbes données par celduc. En effet, sur nos fiches techniques, les courbes thermiques donnent les valeurs de résistance thermique du dissipateur nécessaire à votre application. Cela rend la sélection plus rapide !

Il est important de bien noter que le choix d’un dissipateur hors de nos préconisations, en ne se basant que sur la résistance thermique, est compliqué et source de problème. Vous devez prendre en compte les 2 points suivants :

 Il est important de connaître la Résistance thermique vs puissance dissipée

En recherchant à l’aide d’un moteur de recherche, vous trouverez des milliers de dissipateurs de différentes formes, tailles, …. La plupart du temps, le type de dissipateur adéquat est en aluminium extrudé

On voit que la résistance thermique est donnée en fonction de la longueur mais les fabricants ne donnent pas la valeur de Rth en fonction de la puissance… Ceci doit être réalisée à l’aide d’un simulateur.

Exemple :

Prenons comme exemple un dissipateur thermique donné pour 1K / W. Une simulation additionnelle indiquera que 1K / W est atteint avec 100W. Mais, avec 1K / W à 40 ° C, notre SO965460 (50A SSR) dissipe 55W pour 45A. En utilisant ce dissipateur thermique, sa résistance thermique réelle serait de 1,25 K / W seulement, et non de 1 K / W comme indiqué par le fabricant.

Attention : La valeur de la résistance thermique est calculée pour la surface totale

Ceci est dû au fait que le fabricant considère que toute la surface du dissipateur est utilisée pour dissipée ce qui n’est pas le cas dans beaucoup d’applications.

Les 2 simulations ci-dessous vous montrent la répartition et la variation de température pour 2 configurations de dissipateurs thermiques différentes:

Exemple nr 1 : dissipateur thermique aux dimensions 45 x 200mm

En noir, vous avez le composant électronique produisant de la chaleur = SSR

è Cette simulation montre un gradient de température de 10K entre le bas et le haut. La conduction thermique étant limitée, le bon choix serait un dissipateur dont la surface serait au maximum égale à 2 fois celle du relais, répartie autour de celui-ci

Si vous faites le calcul de cette élévation de température de 71 ° C / W avec la dissipation de puissance de votre SSR, vous vous rendrez compte que la valeur de résistance thermique n’est pas celle annoncée par le fabricant du radiateur, donc celle-ci n’est probablement plus adaptée à votre application.

Exemple nr 2 : dissipateur thermique aux dimensions 90 x 100mm

La variation de température est plus faible, cette forme de dissipateur est donc plus adaptée et permet une meilleure répartition de la température.

La variation de température est plus faible, cette forme de dissipateur est donc plus adaptée et permet une meilleure répartition de la température.

Pour conclure :

Faire le choix du bon dissipateur n’est pas facile car cela dépend de la configuration de votre installation. De nombreux paramètres doivent être pris en considération.

Nos conseils :

• Prendre une marge : pour 1K/W, sélectionnez un dissipateur du marché 0.8K/W
• Sélectionnez une forme appropriée, adaptée à la taille du relais statique : plus vous aurez une distance entre le relais et le haut du radiateur, moins les performances seront élevées. Ceci est dû au partage conduction / température sur tous les radiateurs
• Le mieux est d’obtenir une surface autour du relais qui est presque le double de la taille du relais afin de ne pas avoir de perte de capacité de dissipation de puissance
• Vous pouvez demander au fabricant du dissipateur de faire des simulations. Nous pouvons le faire également en dernier ressort. Nous pouvons aussi faire des essais dans notre labo mais tout ça ne remplacera pas l’essai en conditions réelles chez le client.

Ressources additionnelles :

Les matériaux d’interface thermique (TIM) jouent un rôle important dans le transfert de chaleur de manière plus efficace et cohérente entre deux surfaces. https://www.celduc-relais.com/en/thermal-interface-materials/