Résistance thermique du dissipateur : comment calculer ce qu'il vous faut
Réponse courte : la résistance thermique R = ΔT / Q, où ΔT est l'élévation de température que vous autorisez (en K ou °C) et Q est la chaleur à évacuer (en watts). Un module de 25 W autorisé à fonctionner 50 °C au-dessus de la température ambiante nécessite un dissipateur d'environ 2 K/W ou moins. Dimensionnement approximatif : la convection naturelle déplace 5–10 W par m² par degré, l'air forcé 25–100 — ce dissipateur de 25 W nécessite donc environ 0,06 m² de surface exposée en air libre, moins de la moitié avec un ventilateur. Envoyez les watts, les températures et le débit d'air ; la géométrie des ailettes en découlera.
Chaque question sur les dissipateurs thermiques finit par devenir une question de mathématiques, et les mathématiques sont d'une simplicité déconcertante une fois que l'on sépare les deux choses que les gens confondent : la quantité de chaleur et la température maximale autorisée. La résistance thermique les relie. Ce guide effectue le calcul avec des chiffres réels et vous indique quoi transmettre à votre usine pour que le devis que vous recevez corresponde au dissipateur dont vous avez besoin.
Qu'est-ce que la résistance thermique, au juste ?
La résistance thermique est l'élévation de température que vous obtenez par watt de chaleur, mesurée en kelvin par watt (K/W) — même échelle que °C par watt. Considérez-la comme la version thermique de la résistance électrique : la chaleur est le courant, la différence de température est la tension, et le dissipateur est la résistance. Un dissipateur de 2 K/W fonctionnant à 25 W s'élève de 50 °C au-dessus de son environnement. Réduisez la résistance à 1 K/W et les mêmes 25 W ne l'élèvent que de 25 °C.
La chaleur circule à travers une chaîne de résistances : jonction vers boîtier à l'intérieur du composant, boîtier vers dissipateur via le matériau d'interface thermique, puis dissipateur vers l'air. Pour l'achat et la conception d'un dissipateur, le nombre qui compte est la résistance dissipateur-vers-ambiant, Rth(s-a). C'est la résistance que vous contrôlez réellement avec la géométrie et le flux d'air.
| Symbole | Signification | Unité typique |
|---|---|---|
| Q | Chaleur dissipée par le composant | W |
| T_max | Température maximale autorisée du composant/boîtier | °C |
| T_amb | Température de l'air ambiant | °C |
| ΔT | Élévation de température admissible (T_max − T_amb) | K ou °C |
| Rth(s-a) | Résistance thermique, dissipateur vers ambiant | K/W |
| h | Coefficient de convection du côté air | W/m²·K |
| A | Surface totale exposée du dissipateur | m² |
Comment calculer la résistance thermique nécessaire ?
La formule est R = ΔT / Q. Trois étapes, pas plus. Premièrement, déterminez la température maximale que votre composant peut atteindre — à partir de la courbe de déclassement de la fiche technique, pas par optimisme. Deuxièmement, soustrayez la température ambiante la plus défavorable que le produit rencontrera en service. Cette différence constitue votre budget de température total. Troisièmement, divisez par la charge thermique en watts. Le résultat est la résistance thermique totale maximale autorisée de la jonction à l'ambiant.
Attention — une étape est facile à sauter et elle coûte cher. Le budget que vous venez de calculer couvre toute la chaîne : jonction-vers-boîtier, matériau d'interface thermique et dissipateur. Un module réel peut consommer 1–2 K/W avant même que la chaleur n'atteigne le dissipateur. Si la fiche technique indique que la jonction peut se situer 60 °C au-dessus de l'ambiant et que la chaîne interne en consomme 15 °C, le dissipateur ne dispose que de 45 °C. Soustrayez d'abord les résistances internes connues, puis dimensionnez le dissipateur sur ce qui reste.
Exemple concret : dimensionnement d'un dissipateur pour un module de 25 W
Prenons un module de puissance dissipant 25 W dans un boîtier pouvant atteindre 35 °C ambiant. La fiche technique autorise le boîtier à atteindre 85 °C. Budget : 85 − 35 = 50 °C. Avec un pad thermique correct ajoutant environ 0,5 K/W de résistance d'interface, la chaîne boîtier-vers-air du module utilise déjà 0,5 × 25 = 12,5 °C du budget, laissant environ 37 °C pour le dissipateur lui-même. Le dissipateur doit donc être d'environ 37 / 25 ≈ 1,5 K/W ou moins.
Maintenant, dimensionnez approximativement la surface. La convection naturelle dans l'air calme déplace environ 5–10 W par mètre carré par kelvin. Prenons h = 8 W/m²·K comme valeur moyenne : A = Q / (h × ΔT) = 25 / (8 × 37) ≈ 0,084 m² de surface totale à ailettes. C'est un profilé de dissipateur extrudé réel — environ 60 mm de large, 60 mm de haut, 40 mm de long avec des ailettes typiques, une pièce très ordinaire.
| Étape | Calcul | Résultat |
|---|---|---|
| 1. Budget de température | 85 °C − 35 °C | 50 K |
| 2. Consommation du pad d'interface | 0,5 K/W × 25 W | 12,5 K |
| 3. Budget restant pour le dissipateur | 50 − 12,5 | 37,5 K |
| 4. Rth(s-a) requis | 37,5 / 25 | ≈ 1,5 K/W |
| 5. Surface à h = 8 | 25 / (8 × 37,5) | ≈ 0,083 m² |
Ajoutez un ventilateur et la donne change complètement. L'air forcé à 2–3 m/s élève le coefficient de convection dans la plage de 25–100 W/m²·K. À h = 50, les mêmes 25 W ne nécessitent que 25 / (50 × 37,5) ≈ 0,013 m² de surface — le dissipateur rétrécit de plus de 80 %, ce qui explique exactement pourquoi chaque alimentation électrique contient un ventilateur.
Quelles hypothèses de flux d'air devez-vous utiliser ?
Le coefficient de convection est l'élément qui fait la réussite ou l'échec du dimensionnement, et c'est le nombre que les gens devinent. Utilisez ces valeurs typiques comme point de départ, puis laissez la géométrie les confirmer :
| Mode de refroidissement | h typique (W/m²·K) | Notes |
|---|---|---|
| Convection naturelle, air calme | 5–10 | Les ailettes doivent être verticales pour un meilleur effet de tirage |
| Air forcé doux, ~1 m/s | 10–25 | Petits ventilateurs, quelques déflecteurs |
| Air forcé modéré, 2–3 m/s | 25–60 | Ventilateur axial standard sur un bloc d'ailettes |
| Air forcé puissant, 5+ m/s | 60–100 | Flux canalisé, soufflantes haute pression |
Trois avertissements pratiques. La convection naturelle déteste les ailettes horizontales — l'air chaud ne peut pas s'élever à travers elles, et les performances chutent de 20 à 40 % par rapport aux ailettes verticales. Le rayonnement compte plus que ce que les manuels admettent pour les dissipateurs anodisés sombres : il ajoute environ l'équivalent de 5–7 W/m²·K aux températures électroniques typiques, donc l'anodisation n'est pas qu'une question d'esthétique. Et les valeurs h des fiches techniques supposent un flux d'air propre et sans obstruction — dans un boîtier scellé sans évents, les chiffres de convection naturelle ne s'appliquent tout simplement pas.
Que devez-vous envoyer à l'usine au lieu d'un fichier CAO ?
Une usine peut usiner n'importe quelle forme que vous dessinez. Ce dont nous avons réellement besoin pour concevoir les bonnes ailettes, c'est la spécification thermique : charge thermique en watts, température maximale autorisée, température ambiante la plus défavorable, mode de flux d'air et vitesse si forcé, l'encombrement que vous pouvez vous permettre, et comment le dissipateur se monte. Si vous connaissez déjà la Rth(s-a) cible, envoyez-la aussi — c'est le nombre le plus utile.
| Entrée | Pourquoi c'est important |
|---|---|
| Charge thermique (W) | Définit la taille de tout |
| Température max du composant/boîtier (°C) | Définit le budget de température |
| Température ambiante (°C) | Cas le plus défavorable, pas le cas typique |
| Flux d'air (naturel / m/s) | Choisit h, modifie la surface de 5 à 10× |
| Encombrement (L×l×H) | Définit la longueur et le nombre d'ailettes |
| Montage et empreinte du composant | Épaisseur de la base, motif de perçage, disposition du répartiteur |
Avec ces entrées, nous dimensionnons l'épaisseur de la base pour l'étalement de la chaleur, choisissons le pas des ailettes en fonction du flux d'air disponible, et sélectionnons le processus de fabrication — les ailettes fines et denses préfèrent l'extrusion ou le skiving, les prototypes et les formes particulières préfèrent les dissipateurs usinés CNC, les ensembles pliés à grand volume préfèrent l'emboutissage. Quel processus gagne à votre volume est couvert dans notre guide des types de dissipateurs, et le choix de l'alliage est tranché dans notre comparaison 6063 contre 6061. Dans tous les cas, envoyez les chiffres à sc@bquq.com ou WhatsApp +86 13713157787 et le devis revient sous 12 heures les jours ouvrables.
Questions fréquemment posées
Comment calculer la résistance thermique d'un dissipateur ?
R : R = ΔT / Q. Divisez l'élévation de température autorisée (température maximale du composant moins la température ambiante) par la charge thermique en watts. Soustrayez d'abord les résistances internes comme jonction-vers-boîtier et le pad thermique, puis dimensionnez le dissipateur sur le budget restant.
Quelle est une bonne résistance thermique pour un dissipateur ?
R : Il n'y a pas de nombre universel. Un dissipateur en aluminium extrudé typique pour un dispositif de 10–50 W se situe entre 0,5 et 3 K/W. Travaillez à rebours à partir de votre budget de température : si vous devez rester 40 °C au-dessus de l'ambiant à 20 W, vous avez besoin de 2 K/W ou moins.
De quelle surface un dissipateur a-t-il besoin ?
R : Avec la convection naturelle (h = 5–10 W/m²·K), environ 0,02–0,04 m² par 10 W pour une élévation de 40 K. L'air forcé à 2–3 m/s réduit la surface requise de 5 à 10 fois.
L'anodisation améliore-t-elle les performances du dissipateur ?
R : Légèrement. Le revêtement ajoute du rayonnement — valant environ 5–7 W/m²·K aux températures électroniques — mais un revêtement dur épais est isolant. Une anodisation décorative fine est le compromis habituel, et elle protège la surface.
Que se passe-t-il si je sous-dimensionne mon dissipateur ?
R : Le composant fonctionne plus chaud que ce que la fiche technique autorise, la puissance est déclassée et la durée de vie se raccourcit — chaque élévation de 10 °C réduit approximativement de moitié la durée de vie des condensateurs électrolytiques et sollicite les semi-conducteurs. Le surdimensionnement coûte quelques grammes d'aluminium ; le sous-dimensionnement coûte des défaillances sur le terrain.
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