Analogia electrotermală este o metodă de calcul a sistemelor termice, care reduce calculul acestora la calculul circuitelor electrice liniare echivalente. Pentru a face acest lucru, cantitățile termice ( temperatura , cantitatea de căldură , fluxul de căldură...) sunt înlocuite cu omologii lor electrici ( tensiune , sarcină , curent ...). Apoi se calculează circuitul electric și se găsește cantitatea termică necesară. Metoda se bazează pe identitatea aparatului matematic de termofizică și inginerie electrică : distribuția căldurii și a curentului electric este descrisă prin aceleași ecuații diferențiale , în timp ce măsurarea caracteristicilor electrice ale obiectelor reale este mult mai simplă [2] . Teoria calculului circuitelor electrice este destul de bine studiată, există multe metode diferite de calcul, precum și programe de calculator care efectuează calculele necesare. Prin urmare, prin aducerea circuitului termic la omologul său electric, nu va fi dificil să faceți calculele necesare.
În modelul electrotermic, analogul temperaturii absolute a corpului este potențialul său electric în raport cu „zero” condiționat ( potențialul solului ), analogul diferenței de temperatură dintre două corpuri este tensiunea electrică dintre ele [3] . Puterea termică degajată și fluxurile de energie termică sunt modelate prin curenți electrici , rezistențele termice ale corpurilor - prin rezistențe electrice , capacitatea termică a corpurilor - prin capacități electrice [3] . Capacitatea termică a mediului în cel mai simplu model este infinit de mare, iar temperatura acestuia este constantă - prin urmare, mediul este modelat ca o sursă de tensiune ideală [3] . Conceptul de inductanță în analogia electrotermală este absent: funcționează numai cu caracteristici electrice , dar nu magnetice [3] .
| Caracteristica termică | Unitate. | Analog electric [3] [4] | Unitate. |
|---|---|---|---|
| Temperatura | K sau °C | Voltaj | LA |
| Cantitatea de căldură | J sau W•s | Încărca | cl |
| flux de caldura | mar | Actual | DAR |
| Rezistenta termica | K/W | Rezistenţă | Ohm |
| Capacitate termica | J/K | Capacitate | F |
| Sursa de caldura | Sursa de curent ideala | DAR | |
| Mediu inconjurator | Sursa ideală de tensiune | LA |
Modelul electrotermic poate fi utilizat pentru prototiparea fizică, experimentală, a proceselor termice în corpuri de formă complexă:
În electronica practică, cele mai comune sunt modelele termice simplificate ale dispozitivelor electronice, în care procesele termice sunt reduse la circuite electronice cu parametrii concentrați. În cel mai simplu model de rezistență, fiecare corp fizic (strat semiconductor, suport de cristal, carcasă dispozitiv, radiator etc.) este considerat echipotențial și corespunde unui nod de circuit; căldura este eliberată la tranzițiile dintre corpuri (tranziție cristal-deținător de cristal, tranziție suport-cristal-carcasă etc.). În modelul rezistor-condensator, care ia în considerare procesele termice tranzitorii, la nodurile și rezistențele celui mai simplu model se adaugă capacități care acumulează energie termică. Modelele de dispozitive reale pot conține bucle de feedback negativ sau pozitiv [5] .
În calculul termic al dispozitivelor electronice de putere instalate pe radiatoare, se utilizează de obicei o împărțire în trei componente - un strat de barieră al unui semiconductor („cristal”), o carcasă și un radiator care comunică cu mediul [4] . În consecință, în calcul apar trei rezistențe termice - R th.jc (strat de barieră - carcasă), R th.ch (carcasă - radiator) și R th.ha (radiator - mediu). Documentația pentru dispozitivele electronice indică de obicei indicatori complecși, integrali:
Treisprezece standarde JEDEC din familia JESD51 stabilesc standardele internaționale care definesc procedura de testare și calculare a rezistenței termice a dispozitivelor electronice . Procedura de măsurare a caracteristicii cele mai frecvent utilizate, Rth.ja , nu este standardizată: crearea unui standard general aplicabil tuturor tipurilor de dispozitive și tuturor condițiilor de funcționare a acestora s-a dovedit a fi practic imposibilă [7] .
Capacitățile termice ale dispozitivelor reale, de regulă, nu sunt disponibile și pot fi estimate doar aproximativ pe baza dimensiunilor lor fizice. Publicările de date reale măsurate de laboratoarele fabricii sunt relativ rare. De exemplu, pentru un tranzistor puternic MJE15023 fabricat de Motorola (curent maxim de colector 16 A), capacitatea de căldură a cristalului este de 0,1 J / K, capacitatea de căldură a pachetului TO-3 este de 3 J / K și capacitatea de căldură. a radiatoarelor tipice din aluminiu sunt măsurate în sute de J/K [8] . Decalajul dintre capacitățile termice ale tranzistorului și radiatorului este atât de mare încât capacitatea termică a tranzistorului poate fi neglijată [8] . O excepție sunt dispozitivele cu feedback termic, în care senzorul de temperatură al unui tranzistor puternic nu este instalat pe un radiator comun, ci direct pe carcasa tranzistorului [5] .