방열판 열저항 계산기
부품이 소비하는 전력과 허용 온도로 필요한 방열판 열저항을 구하고, 방열판 없이도 괜찮은지 판정합니다.
예: 7805 레귤레이터(TO-220)가 12 V → 5 V로 0.3 A를 내면 약 2 W를 소비합니다.
공식과 주의점
θsa = (Tj − Ta)/(P) − θjc − θcs. 열이 칩에서 케이스, 방열판, 공기로 차례로 빠져나가는 길의 저항을 더한 값이 허용치 안에 들어와야 합니다. 방열판을 고를 때는 계산값보다 열저항이 작은(더 잘 식히는) 제품을 고르고, 최대 접합 온도는 데이터시트 최댓값보다 여유 있게 잡으세요.
풀이 예제: 7805 레귤레이터의 방열판 고르기
- 손실: 12 V에서 5 V로 낮추는 선형 레귤레이터가 0.5 A를 흘리면 (12 − 5) × 0.5 = 3.5 W
- 방열판 없이: Tj = 40 + 3.5 × 50 = 215 °C → 최대 125 °C를 넘으므로 방열판 필요
- 허용 열저항 (125 °C − 40 °C)/(3.5 W) = 24.3 °C/W에서 θjc 5와 접촉 0.5를 빼면 방열판은 18.8 °C/W 이하
방열판 없이 버틸 수 있는 손실 (패키지별)
| 패키지 | θja (대표값) | 최대 손실 (25 °C) | 최대 손실 (40 °C) |
|---|---|---|---|
| 패키지TO-92 | θja (대표값)200 °C/W | 최대 손실 (25 °C)0.50 W | 최대 손실 (40 °C)0.42 W |
| 패키지SOT-23 | θja (대표값)250 °C/W | 최대 손실 (25 °C)0.40 W | 최대 손실 (40 °C)0.34 W |
| 패키지TO-220 | θja (대표값)50 °C/W | 최대 손실 (25 °C)2.00 W | 최대 손실 (40 °C)1.70 W |
| 패키지DPAK (TO-252) | θja (대표값)80 °C/W | 최대 손실 (25 °C)1.25 W | 최대 손실 (40 °C)1.06 W |
방열판 없이 Tj 125 °C까지 견딜 수 있는 손실입니다. θja는 패키지와 기판에 따라 크게 달라지니 대표값으로만 보고, 실제 값은 부품 데이터시트에서 확인하세요.
실전에서 쓰는 법
순서대로 쓰기
- 부품이 소비하는 전력을 구합니다. 선형 레귤레이터라면 입출력 전압 차이에 전류를 곱한 값입니다.
- 그 전력, 허용할 최대 접합 온도, 주변 온도, 접합-케이스와 케이스-방열판 열저항을 입력합니다.
- 필요한 방열판 열저항을 읽고, 그 값 이하로 정격된 방열판을 고릅니다.
자주 하는 실수
- 절대 최대 접합 온도로 설계하기. 150 °C로 계속 돌리면 수명이 줄어듭니다. 여유를 두고 100~125 °C로 설계하세요.
- 방 온도를 주변 온도로 쓰기. 닫힌 케이스 안 공기는 방보다 15~25 °C 높은 경우가 많습니다. 방열판이 실제로 닿는 온도를 쓰세요.
- 접촉면 빼먹기. 맨 금속끼리의 접촉이나 절연 패드는 와트당 0.5~2 °C를 더할 수 있습니다. 서멀 페이스트나 좋은 패드는 마무리가 아니라 설계의 일부입니다.
실전 팁
방열판 정격은 핀이 세로로 선 자연 대류 기준입니다. 눕혀 달거나 다른 부품에 막히면 성능이 떨어지고, 작은 팬 하나로 몇 배 좋아지기도 합니다. 최대 부하로 30분쯤 돌린 뒤 케이스 온도를 재서 확인하세요. 접합 온도는 케이스보다 대략 전력 곱하기 접합-케이스 열저항만큼 높습니다. 적당한 방열판으로 부족하면 스위칭 레귤레이터처럼 소비 전력 자체를 줄이는 쪽을 택하세요.
계산 예: 0.3 A에서 7805에 방열판이 필요할까?
12 V를 5 V로 0.3 A 낮추면 (12 − 5) × 0.3 = 2.1 W를 소비합니다. 개방된 공기 중 TO-220의 접합-주변 열저항은 대략 50 °C/W이므로, 주변 25 °C에서 접합 온도는 25 + 2.1 × 50 = 130 °C로 설계 한계 125 °C를 조금 넘습니다. 아마 견디기는 하겠지만(레귤레이터 상당수는 150 °C 부근에서 차단) 더운 날에는 열 차단이 걸릴 만큼 뜨겁게 돕니다.
θjc = 5 °C/W, 서멀 페이스트 0.5 °C/W라면 전체 예산은 (125 − 25) ÷ 2.1 = 47.6 °C/W이고, 방열판 몫으로 42 °C/W가 남습니다. 20~30 °C/W짜리 작은 TO-220 클립형 방열판이면 충분합니다.
전력 자체를 줄이기
가장 싼 방열판은 열을 줄이는 것입니다. 같은 7805를 12 V 대신 9 V에서 돌리면 (9 − 5) × 0.3 = 1.2 W이고, 방열판 없이도 25 + 1.2 × 50 = 85 °C입니다. 레귤레이터 앞에 직렬 저항을 두어 강하의 일부를 열에 강한 부품으로 옮기는 방법도 있습니다. 단, 최대 전류에서 입력 전압이 레귤레이터의 드롭아웃보다 높게 남아야 합니다. 손실이 1~2 W를 넘으면 보통 스위칭 모듈이 크기와 비용 모두 방열판보다 낫습니다. DC-DC 컨버터 계산기로 숫자를 확인해 보세요.
자주 묻는 질문
방열판의 °C/W는 무슨 뜻인가요?
열을 1 W 내보낼 때마다 방열판이 주변 공기보다 몇 도 뜨거워지는지를 뜻합니다. 10 °C/W 방열판으로 2 W를 식히면 주변보다 20 °C 높아집니다. 숫자가 작을수록 잘 식힙니다.
서멀 구리스가 중요한가요?
중요합니다. 부품과 방열판 사이 접촉면(θcs)은 구리스를 바르면 약 0.5~1 °C/W 정도지만, 그냥 붙이거나 두꺼운 패드를 쓰면 훨씬 커집니다. 전력이 큰 부품에서는 이것 때문에 설계가 실패하기도 합니다.