Puissance et dissipation

Résumé du document

Les mesures de puissance dans les montages électroniques laissent souvent les gens perplexes ne serait-ce que par le nombre de définitions qui s'y rapportent. L'objet de la première partie de ce chapitre est de clarifier les choses en donnant quelques définitions simples.
Une deuxième partie fournit des éléments de calcul des radiateurs qu'il faudra fixer sur les semi-conducteurs dès lors que la puissance dissipée excédera un watt.
Les rappels de mesure de puissance seront ici très utiles : les calculs de radiateurs nécessitent de connaître la puissance dissipée par l'élément à refroidir, et en pratique, dans un montage électronique, les signaux de courant et tension seront souvent complexes, et on ne pourra pas, pour calculer la puissance, utiliser les formules vues en électricité et applicables seulement dans le cas de signaux sinusoïdaux.

Extraits

[...] On ne peut pas utiliser la valeur moyenne de la tension. Les valeurs efficaces ont été créées pour pallier cet inconvénient : le carré de la tension efficace est proportionnel à la puissance que cette tension va fournir à une résistance. Les valeurs efficaces sont donc par définition liées à la notion de puissance. Ainsi, la tension efficace d'un signal alternatif quelconque sera égale à la tension continue qui induirait les mêmes effets d'échauffement dans une résistance que ce signal alternatif. [...]

[...] Il y aura des pointes de puissance pendant des durées limitées suivies de moments de repos relatif, où la puissance dissipée sera beaucoup plus faible. Dans ce cas, afin de ne pas surdimensionner les éléments de refroidissement (qui prennent beaucoup de place en comparaison des circuits électroniques, de plus en plus miniaturisés), il faudra tenir compte du fait que les composantes thermiques ne prennent pas instantanément la température maxi. Ceci provient du fait que le composant a une capacité thermique, qui est en fait sa capacité calorifique : m est la masse du composant (ou du radiateur), et C sa chaleur spécifique. [...]

[...] (les galvanomètres magnéto-électriques à cadre mobile aussi, mais on ne les voit plus beaucoup dans l'industrie ) Il faudra se méfier de certains multimètres de compétition , très rapides et destinés à être branchés sur des ordinateurs par liaison IEEE ou GPIB (ou autre ) et qui donnent la valeur instantanée du signal (soit la valeur à l'instant précis de la mesure). Il faut alors bien maîtriser le point où se fera la mesure (trigger). Il n'est plus ici question de valeur moyenne. Dans tous les cas, trois règles d'or : essayer la mesure avec un signal connu (générateur basse fréquence). [...]

[...] On va voir maintenant de quoi est fait l'empilement thermique, et comment déterminer pratiquement les valeurs de ses composantes Constitution de l'empilement thermique. En pratique, la résistance thermique totale de la jonction à l'air ambiant comporte plusieurs composantes, détaillées à la Fig Fig Sandwich thermique. Le transistor lui même est constitué de : la puce de silicium. une plaque de cuivre appelée lead frame qui supporte la puce, lui garantit une certaine rigidité (le silicium est fragile et constitue une capacité thermique. la puce est fixée au lead frame qui est relié électriquement de ce fait au collecteur. [...]

[...] Quand on considère l'équation on voit que si on augmente la température de boîtier, pour conserver une température de jonction constante, il faut diminuer la puissance dissipée par le composant. Cette loi est linéaire. On peut alors tracer le graphique de la puissance dissipée en fonction de la température de boîtier, et ceci à température de jonction maxi. On obtient la Fig Fig Courbe de dissipation maxi du transistor. On peut écrire un cas particulier de l'équation : On voit qu'on obtient facilement à partir des données du constructeur la résistance thermique du composant. [...]