消費電力測定方法

質問

CPUの動作保証温度としてＴｊ＝65℃とか105℃とかありますが、
実動作中においてCPUの(パッケージ）表面温度を測定することで、ある程度温度がわかるかと思います。
しかし、CPUの上にヒートシンク等が装着された状態でCPUが今、どれ位まで発熱しているのかを測定したい場合、
どのように測定すれば良いのでしょうか。そういった専用の測定装置をご存知の方がいらっしゃれば教えて下さい。
(ヒートシンク実装状態でヒートシンク部を測定してもCPUの実動作温度ではないので意味ありませんよね）
宜しくお願いします。

回答No.2

i-touch · ベストアンサー

CPUの温度は、マザーボードによってはBIOSやユーティリティーで表示できますね。
内部にセンサーが入っているようです。他に比べればこれがいちばん正確かも？

これ以外の手段で実動作中の接合部温度を求めるには、計算だけで行うほか、計算＋実測で行います。
でも、タイトルにあるとおり、動作中の消費電力が分からないと、計算できません。

消費電力Pは、おおむね 電流×電圧 と考えますが、CPUの場合、簡単には出せないのではないでしょうか？
CPUの技術データに消費電力のグラフなどがあれば、だいたいの値は取得できると思います。

外部の温度を測定した場合、消費電力と、接合部-測定ポイント間の熱抵抗を使って、その間の温度差を計算します。

計算で特定のポイント間の温度差を求める場合、
　dTj[℃] = P[W] × Rth[℃/W]
となり、熱抵抗Rthが小さいほど温度差(温度上昇)は少なくなります。

熱抵抗Rthは、接合部-ケース間(j-c)、ケース-フィン間(c-f/接触熱抵抗)、フィン-周囲間(f-a)などがあります。
ケース：パッケージ、フィン：ヒートシンクです。
抵抗は、必要な部分を加算すればいいのです。
フィン-周囲間の熱抵抗は、フィンの仕様であり、その他はCPUの仕様になります。

全体の状態を示す式は
　Tj(cpu) = P × { Rth(j-c) + Rth(c-f) + Rth(f-a) } + Ta(周囲温度)
ですね。

フィンの熱抵抗は、環境などで誤差が大きいので、フィン温度測定が無難かな、と思います。
フィンに小さな穴をあけて、熱電対で温度を測定し、それに、計算した接合部-フィン間の温度上昇を加算して、CPU温度を推定します。

ケース温度を測定する方がより正確になりますが、絶縁パッケージの場合、どのポイントを測るのかによって、大きく値が変わってきます。半導体の種類によっては、金属部分に穴をあけて測定し、計算した接合部-ケース間の温度差を加えて推定することもあります。
どの場合も、公表された熱抵抗とそのポイントに関する情報が無いと、計算値が不正確になります。

パッケージ表面温度の計測は、赤外線温度計などの装置を使う方法もありますが、フィンを取り付けた状態では困難ではないでしょうか。

では

お礼

ご丁寧な回答ありがとうございます。
やはり、フィン（ヒートシンク）と取りつけた状態でのパッケージ表面温度の測定は出来ないのですね。
CPUはPowerPC(G3)なのですが、このチップ自身、温度センサー機能は持ってはいるのですが、大分誤差があるようです。

回答No.4

noname#225520

要するに熱電対の頭だけがパッケージに接触すればいいのですから、ヒートシンクに小穴を開けるとか、ヤスリでカットするとかの方法は取れるのではないでしょうか？

回答No.3

KUQ

現在手に入るＩＮＴＥＬのＣＰＵは確か内部に温度センサーを持っていたと思いますのでマザーボードで測定可能です
それと、最近のＣＰＵはＣＰＵコアが上部に出ている物が多くそこがヒートシンクに当たります
ヒートシンクとＣＰＵコアの間に温度センサーをもうけてあげれば温度センサーを持っていないＣＰＵでも測定可能です
秋葉原などで１０００円程度で購入可能です

お礼

回答ありがとうございます。
ヒートシンクとＣＰＵコアの間に温度センサーとありますが、出来れば図解(写真）入りで製品紹介しているURL等はご存知ないでしょうか。

回答No.1

noname#225520

仕事柄、チップの温度上昇を測定する機会は多いです。
　熱電対（異種の金属を特殊な溶接で接合した温度センサ）と記録温度計を使って測定します。なるべくチップが露出した部分へ瞬間接着剤を使って熱電対を張り付けて測定します。記録温度計はＰＣへデータを取り込めるキーエンス製を使っています。
　簡易的にはサーミスタを使うこともあります。実際マザーボードによっては、サーミスタのセンサがあらかじめ仕込まれており、アプリケーションでモニタできるものもありますよ。（ASUS CUSL等）

お礼

早速の回答ありがとうございます。
「チップが露出した部分へ瞬間接着剤を使って熱電対を張り付けて測定します」
とありますが、ヒートシンクで覆われてしまった状態(チップが露出していない場合）
での測定方法はないのでしょうか？。