La résistance thermique : définition

La résistance thermique : définition

Lorsqu'un composant électronique doit dissiper une certaine puissance, sa température s'élève. En fait, son élévation de température est proportionnelle à la puissance à dissiper et ne dépend pas de la température ambiante. S'il y a proportionnalité, il y a coefficient de proportionnalité, et ce coefficient, c'est la résistance thermique.

La résistance thermique s'exprime en °C/W ou en K/W (degré Celsius ou Kelvin par Watt). Si par exemple, la résistance thermique est de 4°C/W, cela signifie que pour chaque Watt à dissiper, le composant électronique s'échauffe de 4°C supplémentaires. Si la température ambiante est de 25°C, on peut donc avoir ces conditions là :

Puissance à dissiper : 0W, température du composant : 25°C
Puissance à dissiper : 1W, température du composant : 25+4°C=29°C
Puissance à dissiper : 2W, température du composant : 25+2x4°C=33°C
Puissance à dissiper : 50W, température du composant : 25+2x50°C=125°C

La relation entre température et puissance à dissiper est une relation affine et s'écrit donc :

Température du composant = Température ambiante + résistance thermique x puissance

Le terme constant est la température ambiante et le coefficient directeur est la résistance thermique.

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Exemple de transistors de puissance montés sur radiateur

Ici, les 8 transistors de puissance sont montés sur un radiateur pour dissiper leur chaleur.

Analogie électrique : résistance thermique et résistance électrique

La résistance thermique (en °C par Watt) peut se comparer à la résistance électrique (en Ohms) avec les comparaisons suivantes :

Résistance thermique : résistance
Elévation de température : différence de potentiel = tension
Puissance (flux de chaleur) : courant

La résistance thermique traduit l'opposition d'un matériau à conduire la chaleur. Un isolant thermique possède une très forte résistance thermique.
Pour un écart de température élevé entre ses deux faces par exemple, un très petit flux de chaleur passe. Comme dans une résistance électrique élevée, même avec une forte tension, le courant qui la traverse est faible.

A l'inverse, un bon conducteur de chaleur présente une faible résistance thermique. Une grande puissance à dissiper (grand flux de chaleur à faire passer) n'entraîne qu'une petite augmentation de température. Comme pour la résistance électrique de faible valeur ou même un fort courant qui la traverse n'entraîne qu'une petite tension à ses bornes.

La résistance thermique, en régime établi seulement

Les calculs qu'on peut faire avec la résistance thermique (d'un composant électronique de puissance, d'un radiateur, etc) ne sont valables qu'en régime établi. En effet, dans un état transitoire, l'inertie thermique est à prendre en compte. L'inertie thermique (le temps que le truc chauffe à la température qu'il va atteindre !) est à comparer à un condensateur en électricité.

Pour les composants électroniques

La résistance thermique est l'élément fondamental pour dimensionner des composants électroniques de puissance et leur refroidissement (radiateurs à ailettes). La température de la "jonction" (Tj) est le facteur limitant du composant : elle ne doit jamais dépasser un certain seuil (150°C ou 175°C la plupart du temps). La jonction, c'est la partie active du composant électronique. Pour dissiper sa chaleur, la "jonction" se heurte à 3 obstacles successifs :

- la résistance thermique de la jonction au boitier (Rjc : junction to case)

- la résistance thermique entre le boitier et le radiateur (là où on met un mica enduit de pâte thermoconductrice)

- la résistance thermique du radiateur vis à vis de l'air ambiant.

Si on place un ventilateur au dessus d'un radiateur pour l'aider à évacuer mieux sa chaleur, on diminue sa résistance thermique. Un petit radiateur associé à un ventilateur est aussi efficace qu'un grand radiateur sans ventilateur. Pour un même flux de chaleur (puissance) à dissiper, l'élévation de température est réduite lorsqu'un ventilateur souffle sur le radiateur. L'échange de chaleur se trouve amélioré.


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Le ventilateur permet de diminuer la résistance thermique d'un radiateur

Ci dessous, les caractéristiques thermiques d'un transistor de puissance (le TIP142). La résistance thermique jonction boitier est bien plus faible que la résistance thermique jonction air ambiant. 

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Exemple d'un transistor de puissance : la résistance thermique

Conclusion

la résistance thermique traduit la propotionnalité entre l'écart de température (à comparer à la tension électrique) et le flux de chaleur en Watts qui doit passer (à comparer au courant). Plus elle est faible pour la dissipation de chaleur, plus le composant est performant. La température en électronique, c'est l'ennemi.

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  La résistance thermique : définition, publié par nina67 le 27 Mars 2015
Les 10 outils indispensables pour l'électronique
Nina67
1 COMMENTAIRES
Thibthib02

Je pense qu'une erreur s'est glissée dans cette formule : Puissance à dissiper : 50W, température du composant : 25+2x50°C=125°C On devrait lire 25+50x4°C=225°C

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