Elektrotermisk analogi är en metod för att beräkna termiska system, som reducerar deras beräkning till beräkning av ekvivalenta linjära elektriska kretsar. För att göra detta ersätts termiska kvantiteter ( temperatur , mängd värme , värmeflöde ...) med sina elektriska motsvarigheter ( spänning , laddning , ström ...). Därefter beräknas den elektriska kretsen och den erforderliga termiska kvantiteten hittas. Metoden är baserad på identiteten hos den matematiska apparaten inom termofysik och elektroteknik : fördelningen av värme och elektrisk ström beskrivs av samma differentialekvationer , medan mätning av de elektriska egenskaperna hos verkliga föremål är mycket enklare [2] . Teorin för beräkning av elektriska kretsar är ganska väl studerad, det finns många olika beräkningsmetoder, såväl som datorprogram som utför de nödvändiga beräkningarna. Därför, genom att föra den termiska kretsen till sin elektriska motsvarighet, kommer det inte att vara svårt att göra de nödvändiga beräkningarna.
I den elektrotermiska modellen är analogen av kroppens absoluta temperatur dess elektriska potential i förhållande till den villkorade "nolla" ( jordpotential ), analogen av temperaturskillnaden mellan två kroppar är den elektriska spänningen mellan dem [3] . Den frigjorda termiska kraften och termiska energiflödena modelleras av elektriska strömmar , kropparnas termiska motstånd - av elektriska resistanser , kropparnas värmekapacitet - av elektriska kapacitanser [3] . Miljöns värmekapacitet i den enklaste modellen är oändligt stor, och dess temperatur är konstant - därför modelleras omgivningen som en idealisk spänningskälla [3] . Begreppet induktans i den elektrotermiska analogin saknas: den fungerar endast med elektriska , men inte magnetiska egenskaper [3] .
| Termisk egenskap | Enhet. | Elektrisk analog [3] [4] | Enhet. |
|---|---|---|---|
| Temperatur | K eller °C | Spänning | PÅ |
| Mängd värme | J eller W•s | Avgift | Cl |
| värmeflöde | tis | Nuvarande | MEN |
| Termisk resistans | K/W | Motstånd | Ohm |
| Värmekapacitet | J/K | Kapacitet | F |
| Värmekälla | Idealisk strömkälla | MEN | |
| Miljö | Idealisk spänningskälla | PÅ |
Den elektrotermiska modellen kan användas för fysisk, experimentell prototypframställning av termiska processer i kroppar med komplex form:
I praktisk elektronik är de vanligaste förenklade termiska modeller av elektroniska enheter, där termiska processer reduceras till elektroniska kretsar med klumpade parametrar. I den enklaste motståndsmodellen anses varje fysisk kropp (halvledarskikt, kristallhållare, apparathölje, kylfläns, etc.) vara ekvipotential och motsvarar en kretsnod; värme frigörs vid övergångar mellan kroppar (kristall-kristallhållare-övergång, kristallhållare-hölje-övergång, etc.). I resistor-kondensatormodellen, som tar hänsyn till transienta termiska processer, läggs kapacitanser till noderna och resistanserna i den enklaste modellen som ackumulerar termisk energi. Modeller av verkliga enheter kan innehålla negativa eller positiva återkopplingsslingor [5] .
I termisk beräkning av kraftelektroniska enheter installerade på radiatorer används vanligtvis en uppdelning i tre komponenter - ett barriärskikt av en halvledare ("kristall"), ett hus och en radiator som kommunicerar med omgivningen [4] . Följaktligen förekommer tre termiska motstånd i beräkningen - R th.jc (barriärskikt - fall), R th.ch (case - radiator) och R th.ha (radiator - miljö). Dokumentationen för elektroniska enheter indikerar vanligtvis komplexa, integrerade indikatorer:
Tretton JEDEC-standarder i JESD51-familjen anger de internationella standarderna som definierar proceduren för att testa och beräkna den termiska resistansen hos elektroniska enheter . Proceduren för att mäta den mest använda egenskapen, R th.ja , är inte standardiserad: skapandet av en allmän standard som är tillämplig på alla typer av enheter och alla villkor för deras drift visade sig vara praktiskt taget omöjligt [7] .
Värmekapaciteten för verkliga enheter är som regel inte tillgängliga och kan endast uppskattas grovt baserat på deras fysiska dimensioner. Publikationer av verkliga data uppmätta av fabrikslaboratorier är relativt sällsynta. Till exempel, för en kraftfull transistor MJE15023 tillverkad av Motorola (maximal kollektorström 16 A), är kristallens värmekapacitet 0,1 J / K, värmekapaciteten för TO-3- paketet är 3 J / K och värmekapaciteten av typiska aluminiumradiatorer mäts i hundratals J/K [8] . Gapet mellan transistorns och radiatorns värmekapacitet är så stort att transistorns värmekapacitet kan försummas [8] . Ett undantag är enheter med termisk återkoppling, där temperatursensorn för en kraftfull transistor inte är installerad på en gemensam radiator, utan direkt på transistorhöljet [5] .