1. Puissance dissipée dans un semi

Term STI Elect
Fonction alimentation
Contrôle de l’énergie dissipée
Date:…………
Nom : ………………………
1. Puissance dissipée dans un semi -conducteur
 Pour un régulateur:
 Pour un transistor:
 Pour une diode:
P = (Ve – Vs) *Is
P = Vce * Ic
P = Vd * Id
(en négligeant Ib par rapport à Ic)
(Vd tension directe, Id courant direct)
La puissance dissipée par un semi-conducteur est type calorifique, le semi-conducteur chauffe.
2. Température d’une jonction d’un semi -conducteur
Vce
Vce = Vcb + Vbe
Pd = Vce Ic = (Vcb + Vbe)*Ic or Vbe  Vcb
Vcb
Vbe
Pd  Vcb * Ic
La plus forte dissipation de puissance se fait sur la jonction base-collecteur c’est pourquoi le
collecteur est directement soudé sur le boitier .
La température de la jonction est limitée:
 pour le silicium à 175°C maximum
 pour le germanium à 95°C maximum
Une température d’équilibre de la jonction s ’effectue en fonctionnement permanent. Cette
température d’équilibre est fonction:
 de la puissance dissipée
 de la température ambiante
 de l’aptitude du boitier à évacuer la chaleur
3. Evacuation de la chaleur
3.1. Principe
L’évacuation de la chaleur peut se faire par convection et par rayonnement .
3.2. Mise en oeuvre
3.2.1.Boîtier seul:
Le boitier constitue le radiateur (dissipateur). La puissance que peut dissiper le semi-conducteur
est limitée ( P  2 W ).
3.2.2.Boîtier plus un radiateur thermique:
Le radiateur est une extension du boîtier, sa forme à ailettes augmente la surface d’évacuation
par convection .
L’emplacement des radiateurs dans le coffret contenant l’électronique est aussi déterminante
pour une meilleure évacuation de cette énergie calorifique.
Les matériaux bons conducteur de chaleur sont le cuivre et l’aluminium .
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4. Résistance thermique
Il existe une proportionnalité entre la puissance dissipée et l’écart de température entre la jonction et
l’air ambiant.
tj - ta = K * Pd ( tj -ta = écartde température entre la jonction j et l’air ambiant a )
K est une constante représentant l’aptitude de l’ensemble boîtier plus radiateur à évacuer la chaleur.
Elle est appelée résistance thermique Rth .
Rth = ( tj – ta ) / Pd
ANALOGIE
tj - ta (°C): différence de température A
Va - Vb (V) : différence de potentiel
Pd (W): puissance dissipée
I(A): intensité
Rth (°C/W): résistance thermique
R (): résistance électrique
Va
tj
Pd
Rth
I
tj - ta
R
Va - Vb
Vb
ta
Les résistances thermiques se composent comme les résistances électriques. La résistance thermique
totale est égal à la somme des résistances thermiques.
tj
Comme avec des potentiels, on peut appliquer la loi
tb
Pd
des mailles:
tj - tb
Rthjb
Rthba
tj - ta
tb - ta
tj  tb tb  ta tj  ta


........................................................
=0
Pd
Pd
Pd
Rthja = Rthjb + Rthba
ta
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5. Circuit thermique d’un transistor de puissance
5.1. Transistor monté sans refroidisseur
tj
Le constructeur donne parfois la résistance Rthja (jonctionambiance) du composant à la température ambiante de 25°C.
Pd
Rth
tj - ta
ta
5.1.1.Application:
Exemple du 2N6099 (boîtier TO-220) Rthja = 83°C/W
Calculer la puissance maximale que peut dissiper le transistor 2N6099 si la température de sa
jonction est portée à sa valeur maximale de 150°C.
Rth = ( tj – ta ) / Pd  Pd = (tj – ta ) / Rth = (150 – 25) / 83 = 1,5 W
5.2. Transistor monté avec radiateur thermique
jonction (tj)
boîtier (tb)
air (ta)
mica
(isolation électrique)
radiateur
On distingue trois résistances thermiques:

Résistance jonction-boîtier (Rthjb): cette résistance thermique est toujours donnée par les
constructeurs pour une température de 25°C ambiante.
Exemple du 2N6099: Rthjb = 1,67°C/W

Résistance thermique boîtier-radiateur (Rthbr): cette résistance est une résistance thermique
de contact entre le boitier et le radiateur . Elle dépend du serrage du composant sur le radiateur
et de la capacité de l’isolant ou pâte de contact à transmettre la chaleur.

Boitier TO3
Serrage
boîtier/radiateur
Rthbr (°C/W)
Boitier TO220
Rthbr (°C/W)
normal
avec pâte
avec mica
0,6
0,1
1
1,4
0,3
2,2
avec mica
+ pâte
0,5
0,8
Résistance thermique radiateur-ambiance (Rthra): cette résistance est la résistance
thermique du radiateur, elle dépend de la forme , des dimensions et de la matière du radiateur.
Des abaques permettent de définir suivant la résistance thermique voulue, la longueur de profilé
nécessaire à la dissipation de l’énergie.
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