4. 방열판 설계: 방열판 열저항 계산과 측정 방법

방열판을 효과적으로 설계하기 위해서는 열저항을 계산하고 실제로 측정하는 방법을 이해하는 것이 중요합니다. 번 글에서는 실제 계산 예제와 함께 방열판 성능 측정법까지 실용적인 관점에서 다룹니다.

 

 

1. 실전 계산 예제 (Sample Calculation)

예제 조건:

•  Class-A 파워 앰프
•  ±25V 전원, 정지 전류 2A
•  트랜지스터 한 개당 25V × 2A = 50W
•  총 발열량: 100W (트랜지스터 2개)

 

열저항 계산:

• 목표: 케이스 온도를 60°C 이하로 유지 (30°C 상승 허용)
• 주변 온도: 30°C 가정

 

Rth = ΔT / Power = 30°C / 100W = 0.3°C/W

 

이는 방열판 + 써멀 인터페이스 전체의 총합 열저항이 0.3°C/W 이하이어야 한다는 의미입니다. 실제로는 이보다 다양한 요인들이 존재하며, 모든 요소를 고려한 종합 판단이 필요합니다.

 

 

2. 방열판 성능 측정 방법

필요한 장비:

• 알루미늄 또는 금속재 대형 방열판
• 평평한 하단을 가진 금속 피막 저항기 또는 트랜지스터
• 접촉형 온도계 (알코올, 수은 온도계는 불가)
• 저전압 고전류 파워 서플라이

측정 절차:

• 방열판과 히터(저항기 혹은 트랜지스터)를 써멀 컴파운드로 접촉
• 저출력으로 시작하여 방열판 온도가 안정될 때까지 대기 (최대 1시간 소요 가능)
• 점차 전력을 올려 최대 온도(50~60°C 정도)에 도달
• 온도와 전력을 측정하여 열저항 계산

예시 측정값:

• Ta (주변 온도) = 22°C
• Th (방열판 온도) = 54°C
• ΔT = 32°C
• Vh = 12V, Ih = 3.5A → Ph = 42W

Rth = ΔT / Ph = 32°C / 42W = 0.76°C/W

 

정밀한 측정을 위해서는 일정한 조건에서 반복하는 것이 중요하며, 실제 환경에서의 설치 조건과 유사하게 구성해야 의미 있는 결과를 얻을 수 있습니다.

 

 

3. 팬 냉각 효과 실험

같은 방열판을 사용하여 팬을 이용한 강제 냉각 성능 변화를 테스트할 수 있습니다.

• 방법 1: 팬이 방열판을 "불어주는" 방식 → 성능 크게 향상
• 방법 2: 팬이 공기를 "빨아내는" 방식 → 상대적으로 성능 저조

실험 결과, 직접 바람을 불어주는 방식이 흡입 방식보다 월등히 효과적이라는 점이 확인됩니다. -

 

 

4. 알루미늄 가공 팁

방열판 가공 시 알루미늄 합금이 주로 사용됩니다. 순수 알루미늄은 너무 부드러워 비틀리거나 절삭이 어렵기 때문입니다.

• 윤활제 추천: 메틸알콜, 이소프로필알콜, WD40 등
• 주의 사항: 알코올은 가연성이 매우 높으며 불꽃이 보이지 않을 수 있으므로 극히 소량만 사용할 것
• 안전 팁: 작업 후 남은 걸레는 절대 쓰레기통에 그냥 버리지 말 것 (자연 발화 위험)

 

 

결론

방열판 설계는 단순히 데이터시트 상 열저항 값을 보는 것에 그치지 않습니다. 실제 작동 조건에서의 발열량과 열저항을 고려하여, 충분한 여유를 둔 설계를 해야 안정성과 신뢰성을 확보할 수 있습니다.