2007年07月18日

ヒートシンク選定

V5に使用するヒートシンクを選定する事にした。
選定するための資料として以前はUG112にパッケージの特性データが記載されていたがデバイス個別の資料Webで簡単に選択できるようになった。
今回はWebから以下の結果が得られた。


Device Family Virtex-5
Device Name XC5VLX50T
Package Name FF665
Unit C/Watt
   
JA (Still Air) 12.1
JA (250 LFM) 7.8
JA (500 LFM) 6.6
JA (750 LFM) 6.1
JB 3.2
JC 0.19


 最初はとりあえず無風時で計算してみる。
計算は次の通り、
Tj(ジャンクション温度)=(θja(ジャンクションと周囲の間の熱抵抗)×P(消費電力))+Ta(環境温度)
なので、環境温度はシステムの動作保証範囲上限の40℃、消費電力は電源の選定から7Wと出ているので
Tj=12.1×7+40
Tj=124.7℃
これではFPGAの最大動作保証範囲の85℃を大幅に超えてしまっている。

ヒートシンクの選定はこの結果を85℃にするための熱抵抗を持った物を選択すれば良い。
具体的には、最大動作保証範囲の85℃とシステムの動作保証範囲上限の40℃と消費電力7Wから
θja=(Tj−Ta)/P
θja=(85−40)/7
θja=6.43
となり、熱抵抗を6.43以下にすれば良いことが分かる。
ただしこのθjaはθjc(ジャンクションとケース間の熱抵抗)を含みさらにヒートシンクをつける場合はθjs(ケースとヒートシンク間の熱抵抗)も含むのでこれを引いて
θsa(ヒートシンクとケース間の熱抵抗)=θja−θjc−θjs
θsa=6.43−0.19−0.1(この値は適当)
θsa=6.14
これで熱抵抗が6.14のヒートシンクを選択すれば良いことが分かった。

今回は、アルファ社製のヒートシンクを選ぶことにして型番「N54−15B」辺りが適当という結果になった。



投稿時刻(19:32)│コメント(4)Xilinxデバイス 

この記事へのコメント

1. Posted by marsee   2007年07月19日 04:31
こんにちは。
常時7W消費すると仮定すると、ヒートシンクはずっとは触っていられないほど熱くなりそうですね。(規格を満足しているので問題ないと思いますが)
うちのボードのFPGAの熱計算はいい加減です。PCIボードなので、部品面が大体下になるので、貼り付けるタイプのヒートシンクはつけられないので、基板に取り付けできる大き目のチップセット用のヒートシンクを使っています。熱的には問題ないようです。
ボードにはプロセッサも載っていまして、そちらは最大30W食うので、こちらはきっちり熱計算しました。ヒートシンクの熱抵抗は0.6位になって、ごついのがついています。

お願いなのですが、たーぼさんのブログをうちのブログからリンクさせてもらっても良いでしょうか?
2. Posted by たーぼ   2007年07月19日 19:59
marseeさん、こんにちは。
うちも熱計算はけっこういい加減です。前提の消費電力7Wが既にいい加減なので...
最悪の状態の時に後でヒートシンクをつける事が出来るスペースやFANのコネクタや取り付け穴を準備する必要性を考えてざっくり算出しています。
実際に動作させてからヒートシンクを小さくしたり取ったりしてしまうことが多いです。

30WのCPUに熱抵抗0.6のヒートシンクとはすごいですね。うちではいつもFPGAが一番電気喰いで最大15W程度です。
PCIボードですと背低タイプのヒートシンクやヒートシンクFANを探すのが大変だと思いますが、何か良いメーカをご存じなのでしょうか?もし良ければ教えていただく事は可能でしょうか?特にヒートシンクFANで回転検出が出来る物を探したことがあるのですが良い物が見つかりませんでした。

リンクの件は、こんなブログで良ければ是非是非お願いします(逆に恐縮です)。
3. Posted by marsee   2007年07月19日 22:28
うちはボードを売るわけじゃないので、規格外品がついています。複数スロットに1枚だけ入ればいいと思っているので、あまり参考にならないと思いますが。。。
以前のボードからの継続でFPGAは55mm対角の穴用のFANです。買い置きはあったのですが、FANはなくなってしまったので、残りはFANなしヒートシンクです。FANの方は背が低いです。
http://www.faith-go.co.jp/lists/viewitem_parts.asp?cid=00318&fl=1&hid=&list=new&id=000000000026551

CPUファンの方は、本当に大きくてケースぎりぎりですね。GPUファンの方が良かったかな?と思っています。(熱抵抗が書いていないのが多いんですよね)
https://www.micforg.co.jp/cgi-local/an/wsj3.cgi?webpage=c_fh.html
FH6020です。

リンクさせていただきました。ありがとうございました。
4. Posted by たーぼ   2007年07月20日 12:49
marseeさん、情報ありがとうございます。
うちの製品は5年くらいで300台程度出荷というとても中途半端な数量です。
なので、カスタムで作る訳にはいかないですし、
秋葉では長期間提供してくれる所もなく、300個買って在庫を抱える訳にもいかないです。

FPGAの代理店がFANメーカと組んで「FPGA専用ヒートシンクFAN」なんてのを作れば結構需要があると思うのですが?
AV○ETさん、TE○さんいかがでしょう。

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