방열판 열저항: 공식과 활용법

Nov 11,2024

방열판 열저항: 필요한 값을 계산하는 방법

요약: 열저항 R = ΔT / Q입니다. 여기서 ΔT는 허용 온도 상승분(K 또는 °C)이고, Q는 이동시켜야 할 열량(와트)입니다. 주변 온도보다 50 °C 높게 허용되는 25 W 모듈은 약 2 K/W 이하의 방열판이 필요합니다. 대략적인 크기 산정: 자연 대류는 m²당 도당 5–10 W를 이동시키고, 강제 대류는 25–100 W를 이동시킵니다. 따라서 25 W 방열판은 자연 공기 흐름에서 약 0.06 m²의 노출 표면적이 필요하며, 팬을 사용하면 그 절반 이하로 줄어듭니다. 와트, 온도, 기류를 보내주시면 핀 형상은 그에 따라 결정됩니다.

모든 방열판 질문은 결국 수학 문제가 되며, 사람들이 혼동하는 두 가지, 즉 열량이 얼마나 되는지와 온도가 얼마나 올라가도 되는지를 분리하면 그 수학은 놀라울 정도로 간단해집니다. 열저항이 이 둘을 연결합니다. 이 가이드는 실제 수치로 계산을 실행하고, 견적이 필요한 방열판이 되도록 공장에 무엇을 제공해야 하는지 알려줍니다.

열저항이란 무엇인가?

열저항은 열 1와트당 발생하는 온도 상승으로, 켈빈/와트(K/W) 단위로 측정됩니다(°C/W와 동일한 척도). 전기 저항의 열적 버전으로 생각하면 됩니다. 열은 전류, 온도 차이는 전압, 방열판은 저항입니다. 2 K/W 방열판에 25 W를 흘리면 주변보다 50 °C 상승합니다. 저항을 1 K/W로 줄이면 동일한 25 W는 단지 25 °C만 상승시킵니다.

열은 일련의 저항 사슬을 통해 흐릅니다: 부품 내부의 접합부에서 케이스로, 열 인터페이스 재료를 통해 케이스에서 방열판으로, 그런 다음 방열판에서 공기로. 방열판 구매 및 설계에서 중요한 숫자는 방열판-대기 간 저항, Rth(s-a)입니다. 이것은 형상과 기류로 실제로 제어할 수 있는 저항입니다.

기호	의미	일반 단위
Q	부품에서 방출되는 열	W
T_max	부품/케이스 최대 허용 온도	°C
T_amb	주변 공기 온도	°C
ΔT	허용 온도 상승분 (T_max − T_amb)	K 또는 °C
Rth(s-a)	열저항, 방열판-대기 간	K/W
h	공기 측 대류 계수	W/m²·K
A	방열판의 총 노출 표면적	m²

필요한 열저항은 어떻게 계산합니까?

공식은 R = ΔT / Q입니다. 딱 세 단계입니다. 먼저 부품이 도달할 수 있는 최대 온도를 결정합니다. 이는 추측이 아닌 데이터시트의 디레이팅 곡선에서 가져옵니다. 둘째, 제품이 서비스 중에 겪을 최악의 주변 온도를 뺍니다. 그 차이가 전체 온도 예산입니다. 셋째, 열 부하(와트)로 나눕니다. 결과는 접합부에서 주변까지 허용되는 최대 총 열저항입니다.

잠깐, 한 단계는 건너뛰기 쉽고 결과에 영향을 줍니다. 방금 계산한 예산은 전체 체인(접합부-케이스, 열 인터페이스 재료, 방열판)을 포함합니다. 실제 모듈은 열이 방열판에 도달하기 전에 1–2 K/W를 소비할 수 있습니다. 데이터시트에 접합부가 주변보다 60 °C 높을 수 있다고 나와 있고 내부 체인이 그중 15 °C를 소비한다면, 방열판은 45 °C만 사용할 수 있습니다. 먼저 알려진 내부 저항을 뺀 다음, 남은 예산으로 방열판 크기를 산정하십시오.

실제 예시: 25 W 모듈용 방열판 크기 산정

주변 온도가 35 °C가 될 수 있는 인클로저에서 25 W를 방출하는 전원 모듈을 예로 들어 보겠습니다. 데이터시트는 케이스가 85 °C에 도달하는 것을 허용합니다. 예산: 85 − 35 = 50 °C. 약 0.5 K/W의 인터페이스 저항을 추가하는 적절한 열 패드를 사용하면 모듈 케이스-대기 체인은 이미 예산의 0.5 × 25 = 12.5 °C를 사용하므로 방열판 자체에는 약 37 °C가 남습니다. 따라서 방열판은 약 37 / 25 ≈ 1.5 K/W 이상이어야 합니다.

이제 표면적을 대략적으로 계산합니다. 정지된 공기에서의 자연 대류는 평방미터당 켈빈당 약 5–10 W를 이동시킵니다. 중간 값인 h = 8 W/m²·K를 사용하면: A = Q / (h × ΔT) = 25 / (8 × 37) ≈ 0.084 m²의 총 핀 표면적입니다. 이것은 실제 압출 방열판 프로파일로, 일반적인 핀을 가진 약 60 mm 너비, 60 mm 높이, 40 mm 길이의 매우 평범한 부품입니다.

단계	계산	결과
1. 온도 예산	85 °C − 35 °C	50 K
2. 인터페이스 패드 소비	0.5 K/W × 25 W	12.5 K
3. 방열판에 남은 예산	50 − 12.5	37.5 K
4. 요구 Rth(s-a)	37.5 / 25	≈ 1.5 K/W
5. h = 8에서 표면적	25 / (8 × 37.5)	≈ 0.083 m²

팬을 달면 상황은 완전히 달라집니다. 2–3 m/s의 강제 대류는 대류 계수를 25–100 W/m²·K 범위로 높입니다. h = 50에서 동일한 25 W는 단지 25 / (50 × 37.5) ≈ 0.013 m²의 표면적만 필요로 합니다. 방열판이 80% 이상 줄어듭니다. 이것이 바로 모든 전원 공급 장치에 팬이 있는 이유입니다.

어떤 기류 가정을 사용해야 합니까?

대류 계수는 크기 산정의 성패를 좌우하며 사람들이 추측하는 숫자입니다. 다음 일반적인 값을 시작점으로 사용하고 형상으로 확인하십시오:

냉각 방식	일반 h (W/m²·K)	참고
자연 대류, 정지 공기	5–10	최상의 굴뚝 효과를 위해 핀은 수직으로 세워야 함
약한 강제 대류, ~1 m/s	10–25	소형 팬, 일부 배플
중간 강제 대류, 2–3 m/s	25–60	핀 묶음 위의 표준 축류 팬
강한 강제 대류, 5+ m/s	60–100	덕트 유동, 고압 블로어

세 가지 실용적인 경고 사항이 있습니다. 자연 대류는 수평 핀을 싫어합니다. 뜨거운 공기가 핀 사이로 상승할 수 없어 성능이 수직 핀보다 20–40% 떨어집니다. 암갈색 아노다이즈 처리된 방열판의 경우 복사가 교과서에서 인정하는 것보다 더 중요합니다. 일반적인 전자 기기 온도에서 약 5–7 W/m²·K에 해당하는 효과를 추가하므로 아노다이즈는 단순한 미관상의 문제가 아닙니다. 그리고 데이터시트의 h 값은 깨끗하고 방해받지 않는 기류를 가정합니다. 통풍구가 없는 밀폐된 상자에서는 자연 대류 수치가 적용되지 않습니다.

CAD 파일 대신 공장에 무엇을 보내야 합니까?

공장은 사용자가 그린 어떤 형상이든 가공할 수 있습니다. 올바른 핀을 설계하기 위해 실제로 필요한 것은 열 사양입니다: 열 부하(와트), 최대 허용 온도, 최악의 주변 온도, 강제 대류인 경우 기류 모드 및 속도, 사용 가능한 공간, 방열판 장착 방식. 목표 Rth(s-a)를 이미 알고 있다면 그것도 보내십시오. 가장 유용한 숫자입니다.

입력	중요한 이유
열 부하 (W)	모든 것의 크기를 결정
최대 부품/케이스 온도 (°C)	온도 예산 설정
주변 온도 (°C)	일반적인 경우가 아닌 최악의 경우
기류 (자연 / m/s)	h를 선택하고 면적을 5–10배 변경
공간 (L×W×H)	핀 길이와 개수 결정
장착 방식 및 부품 풋프린트	베이스 두께, 홀 패턴, 스프레더 레이아웃

이러한 입력을 통해 열 확산을 위한 베이스 두께를 결정하고, 사용 가능한 기류에 맞는 핀 피치를 선택하며, 제조 공정을 선택합니다. 얇고 밀집된 핀은 압출 또는 스카이빙을 선호하고, 프로토타입과 특이한 형상은 CNC 가공 방열판을 선호하며, 대량 생산의 접이식 패은 스탬핑을 선호합니다. 사용자 볼륨에서 어떤 공정이 승리하는지는 방열판 유형 가이드에서 다루고, 합금 선택은 6063 대 6061 비교에서 결정됩니다. 어느 쪽이든 숫자를 sc@bquq.com 또는 WhatsApp +86 13713157787로 보내시면 근무일 기준 12시간 이내에 견적을 받아보실 수 있습니다.

자주 묻는 질문

방열판 열저항은 어떻게 계산합니까?

A: R = ΔT / Q. 허용 온도 상승분(최대 부품 온도에서 주변 온도를 뺀 값)을 열 부하(와트)로 나눕니다. 접합부-케이스 및 열 패드와 같은 내부 저항을 먼저 뺀 다음, 남은 예산으로 방열판 크기를 산정하십시오.

방열판의 좋은 열저항 값은 얼마입니까?

A: 보편적인 숫자는 없습니다. 10–50 W 장치용 일반적인 알루미늄 압출 방열판은 0.5 ~ 3 K/W 사이입니다. 온도 예산에서 역산하십시오: 20 W에서 주변보다 40 °C 이내로 유지해야 한다면 2 K/W 이상이 필요합니다.

방열판에는 얼마나 많은 표면적이 필요합니까?

A: 자연 대류(h = 5–10 W/m²·K)의 경우 40 K 상승 시 10 W당 약 0.02–0.04 m²입니다. 2–3 m/s의 강제 대류는 필요한 면적을 5–10배 줄입니다.

아노다이징이 방열판 성능을 향상시킵니까?

A: 약간 향상됩니다. 코팅은 복사를 추가합니다(전자 기기 온도에서 약 5–7 W/m²·K에 해당). 그러나 두꺼운 하드 코트는 절연체입니다. 얇은 장식용 아노다이즈가 일반적인 절충안이며 표면을 보호합니다.

방열판 크기를 너무 작게 지정하면 어떻게 됩니까?

A: 부품이 데이터시트 허용치보다 뜨거워지고, 전력이 디레이팅되며, 수명이 단축됩니다. 온도가 10 °C 오를 때마다 전해 커패시터의 수명은 약 절반으로 줄어들고 반도체에 스트레스가 가해집니다. 크기를 너무 크게 지정하면 알루미늄 몇 그램이 낭비되지만, 너무 작게 지정하면 현장 고장으로 이어집니다.