·        Rappels du problème technologique.

D'abord, il convient de rappeler qu'un microprocesseur, comme tout composant électronique, est susceptible de s'échauffer, sous l'influence de l'effet Joule (la puissance dissipée) et que cela n'est pas bon pour un fonctionnement adéquat. Pour prévenir tout emballement thermique qui pourrait dégrader les performances du composant concerné, l'endommager, voire même le détruire, il est nécessaire de veiller à ce qu'il ne dépasse pas les limites de résistance thermique fixées par le fabricant, le constructeur. Un moyen très classique (et efficace) de combattre l'échauffement excessif d'un composant consiste à l'équiper d'un radiateur, ou dissipateur, en général fixé sur le boîtier.

·        Les principes de la thermodynamique.

On démontre en thermodynamique que l'écoulement d'un flux thermique peut-être simulé par l'analogie électrique suivante :

·        Application de la loi d’ohm thermique dans un composant :

Microprocesseur en théorie, régulateur de tension de type 7805 dans la pratique

   Données du problème :

RTH ra : Résistance thermique radiateur-ambiance, valeur à calculer puis choisir le dissipateur.
RTH jb : Résistance thermique jonction-boitier, valeur donnée par le fabricant du semi-conducteur.
RTH br : Résistance thermique boîtier-radiateur, dépend du type de boîtier, de l'état des surfaces et de la pression de contact avec le dissipateur, isolant éventuel entre les deux surfaces, utilisation de graisse.
RTH ja : Résistance thermique jonction-ambiance, dépend du type du boîtier, valeur donnée par le fabricant du semi-conducteur.
Tj : Température de jonction, dépend du type de boîtier, valeur donnée par le fabricant.
Ta : Température ambiante.
Tr : Température du radiateur.
Pd : Puissance dissipée maximale du semi-conducteur à calculer.

RTH est exprimée en DEGRE CELSIUS PAR WATT (°C/W).

·        Détermination de l’utilité d’un dissipateur.

Il nous faut pour démontrer l’utilité d’un dissipateur, définir la valeur de la résistance thermique totale. Celle-ci nous ait donné par la formule (expliqué auparavant) :

Rth (totale) =(Tjmax-Tamb)/Pd     avec Pd=(Vs-Ve)*I

Plus cette valeur est petite plus on peut dissiper de chaleur.

Puis il nous faut comparer cette valeur avec la valeur le la résistance thermique jonction ambiance :

Si Rth totale< Rth ja, il faut un dissipateur.

Dans le cas contraire il n’y en a pas besoin. 

Comment choisir le dissipateur 

Après avoir déterminé l’utilité du dissipateur il nous faut encore définir ses caractéristiques.

Elle dépendent d’un facteur la résistance thermique elle-même résultante d’autres facteurs nous  y reviendrons :

Il faut donc d’abord définir :

-La résistance thermique boîtier radiateur (Rth br) : elle dépend du boîtier du composant ainsi que du contact composant radiateur.

-La résistance thermique jonction boîtier (Rth jb) donner par le fabricant

Voici à cet effet un tableau de valeur :

Alors nous déterminons la résistance thermique du dissipateur :

Rth ra= Rth totale-(Rth br + Rthjb) 

A partir de cette valeur nous choisissons le dissipateur adéquat d’après les abaques.

·        Caractéristique des dissipateurs.

Les dissipateurs sont tous marqués d’une seule caractéristique la résistance thermique. Mais celle-ci est définie par plusieurs facteurs :

-Le profil du dissipateur sa formes et ses cotes.

-La longueur du dissipateur car la surface est plus grande est le radiateur dissipe plus.

-Les matériaux du radiateurs qui ont leur propre résistance thermique ( souvent Alu+Cuivre)

   Résistance thermique de plaque métallique de différents matériaux :

   Profilés de dissipateur en aluminium anodisé disponible dans MémoTech avec leur caractéristique de résistance thermique en fonction de la longueur :

Remarque :

La résistance thermique entre le boîtier et le dissipateur peut être améliorés par de la pâte thermique 

En voici un exemple :

• Application.

Calcul de la puissance dissipée par le régulateur

Pd max = (Ve - Vs) . Is + Ipol . Ve = (20 - 12) . 1 + 20 . 0,008 = 8,16W

remarque : si Ve correspond à la tension d'un condensateur de filtrage
Ve = Ucmini + (dUc/2).

Calcul de RTH totale

RTH totale = (Tj - Ta) / Pd = (150 - 25) / 8,16 = 15,31 °C/W

Constatation

RTH ja = 50 °C/W > RTH totale, il faut un dissipateur.

Choix du radiateur (hypothèse contact direct)

RTH ra = RTH totale - (RTH jb + RTH br) = 15,31 - (3 + 1,4) = 10,91 °C/W

D'après les abaques, on peut prendre le radiateur WA126 de longueur 50mm.