Az elektrotermikus analógia egy olyan módszer a termikus rendszerek kiszámítására, amely számításukat az egyenértékű lineáris elektromos áramkörök kiszámítására redukálja. Ennek érdekében a termikus mennyiségeket ( hőmérséklet , hőmennyiség , hőáram ... ) elektromos megfelelőikkel helyettesítik ( feszültség , töltés , áram ... ). Ezután kiszámítja az elektromos áramkört és megtalálja a szükséges hőmennyiséget. A módszer a hőfizikai és elektrotechnikai matematikai apparátus azonosságán alapul : a hő és az elektromos áram eloszlását ugyanazok a differenciálegyenletek írják le , míg a valós tárgyak elektromos jellemzőinek mérése sokkal egyszerűbb [2] . Az elektromos áramkörök kiszámításának elmélete meglehetősen jól tanulmányozott, számos különböző számítási módszer létezik, valamint számítógépes programok, amelyek elvégzik a szükséges számításokat. Ezért, ha a hőáramkört az elektromos megfelelőjéhez viszi, nem lesz nehéz elvégezni a szükséges számításokat.
Az elektrotermikus modellben a test abszolút hőmérsékletének analógja a feltételes "nullához" ( földpotenciál ) viszonyított elektromos potenciál , a két test közötti hőmérséklet-különbség analógja a közöttük lévő elektromos feszültség [3] . A felszabaduló hőerő- és hőenergia áramlásokat elektromos áramokkal , a testek hőellenállásait - elektromos ellenállásokkal , a testek hőkapacitását - elektromos kapacitásokkal modellezik [3] . A környezet hőkapacitása a legegyszerűbb modellben végtelenül nagy, hőmérséklete állandó – ezért a környezetet ideális feszültségforrásként modellezzük [3] . Az induktivitás fogalma az elektrotermikus analógiából hiányzik: csak elektromos , de nem mágneses karakterisztikával működik [3] .
| Termikus jellemző | Mértékegység. | Elektromos analóg [3] [4] | Mértékegység. |
|---|---|---|---|
| Hőfok | K vagy °C | Feszültség | NÁL NÉL |
| A hőmennyiség | J vagy W•s | Díj | cl |
| hőáramlás | kedd | Jelenlegi | DE |
| Hőálló | K/W | Ellenállás | Ohm |
| Hőkapacitás | J/K | Kapacitás | F |
| Hőforrás | Ideális áramforrás | DE | |
| Környezet | Ideális feszültségforrás | NÁL NÉL |
Az elektrotermikus modell felhasználható összetett alakú testekben zajló termikus folyamatok fizikai, kísérleti prototípusára:
A gyakorlati elektronikában a legelterjedtebbek az elektronikus eszközök egyszerűsített termikus modelljei, amelyekben a termikus folyamatokat összevont paraméterű elektronikus áramkörökké redukálják. A legegyszerűbb ellenállásmodellben minden fizikai testet (félvezetőréteg, kristálytartó, készülékház, hűtőborda stb.) ekvipotenciálisnak tekintünk, és egy áramköri csomópontnak felel meg; hő szabadul fel a testek közötti átmeneteknél (kristály-kristálytartó átmenet, kristálytartó-tok átmenet stb.). A tranziens termikus folyamatokat figyelembe vevő ellenállás-kondenzátor modellben a legegyszerűbb modell csomópontjaihoz és ellenállásaihoz adják a kapacitásokat, amelyek hőenergiát halmoznak fel. A valódi eszközök modelljei tartalmazhatnak negatív vagy pozitív visszacsatolási hurkot [5] .
A radiátorokra szerelt teljesítményelektronikai eszközök termikus számításánál általában három részre osztást alkalmaznak - egy félvezető ("kristály") zárórétegére, egy házra és egy radiátorra, amely kommunikál a környezettel [4] . Ennek megfelelően három hőellenállás jelenik meg a számításban - R th.jc (záróréteg - tok), R th.ch (tok - radiátor) és R th.ha (radiátor - környezet). Az elektronikus eszközök dokumentációja általában összetett, integrált mutatókat jelöl:
A JESD51 család 13 JEDEC szabványa határozza meg azokat a nemzetközi szabványokat, amelyek meghatározzák az elektronikus eszközök hőellenállásának vizsgálati és számítási eljárását . A leggyakrabban használt jellemző, az R th.ja mérési eljárása nem szabványosított: egy általános, minden típusú készülékre és működési feltételére vonatkozó szabvány megalkotása gyakorlatilag lehetetlennek bizonyult [7] .
A valós készülékek hőkapacitásai általában nem állnak rendelkezésre, és csak hozzávetőlegesen becsülhetők meg fizikai méreteik alapján. A gyári laboratóriumok által mért valós adatok publikálása viszonylag ritka. Például a Motorola által gyártott MJE15023 nagy teljesítményű tranzisztornál (maximális kollektoráram 16 A) a kristály hőkapacitása 0,1 J / K, a TO-3 csomag hőkapacitása 3 J / K, a hőkapacitások A tipikus alumínium radiátorokat több száz J/K-ban mérik [8] . A tranzisztor és a radiátor hőkapacitásai között olyan nagy a hézag, hogy a tranzisztor hőkapacitása elhanyagolható [8] . Kivételt képeznek a termikus visszacsatolású eszközök, amelyekben az erős tranzisztor hőmérséklet-érzékelőjét nem egy közös radiátorra szerelik fel, hanem közvetlenül a tranzisztor házára [5] .